CN106197953B - 一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置 - Google Patents

一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于反射镜在线检测技术，具体涉及一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其包括激光陀螺腔体，光胶垫块，减反镜，密封反射镜。其中激光陀螺腔体包括阴极、阳极、储气孔、毛细孔。所述光胶垫块有两块，对称设置在某待测储气孔两侧，且光胶垫块内部通孔与待测储气孔之间通过斜通孔贯通，减反镜设置在光胶垫块垂直其内部通孔的光胶面上，密封反射镜设置在其余储气孔上。本发明装置进行测量时，测试激光顺次通过一侧减反镜、斜通孔、待测反射镜及另一侧斜通孔和减反镜后，实时探测出射激光的信息，可得到待测反射镜性能的实时变化。该装置能够有效降低等离子体对减反镜性能的影响，保证测量结果的准确性，且易于高精密光学加工，通用性好。

Description

一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置
技术领域
本发明属于反射镜在线检测技术，具体涉及一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置。
背景技术
激光陀螺作为高精度角速率传感器在军用领域和商用领域获得了广泛的应用。反射镜作为激光陀螺的关键元件之一，反射镜的性能直接影响到激光陀螺的精度。目前通用评价反射镜性能的指标包含了反射率(总损耗)、散射、吸收、光学常数等，这些性能指标均可以通过通用或特制的仪器进行测量，例如损耗仪、椭偏仪、积分散射仪等。通过使用这些测量设备，低损耗、低散射、高性能的反射镜已经广泛应用于激光陀螺中。
但是激光陀螺运行中反射镜会持续受到激光辐照、等离子体放电、高低温等环境影响，长期实验结果表明，这些环境影响尤其是等离子体放电使得反射镜的性能发生不同程度地改变，进而影响激光陀螺的性能，例如闭锁阈值。研制耐等离子体轰击薄膜，提升反射镜性能的长期稳定性已经成为激光陀螺反射镜的研制关键之一，因此需要在激光陀螺运行环境下的反射镜性能在线测量装置。
由于激光陀螺反射镜工作环境的复杂性，目前没有成熟的反射镜在线测量设备，国内外仅可查到一篇相关专利CN104236853A《一种激光陀螺反射镜性能在线测试装置》，该专利采用一种特制的十面体微晶玻璃装置，通过机械加工、光学加工、化学抛光而获得，从而实现反射镜性能在线测试。此装置存在三点不足：第一，由于采用特制的结构，仅能测量此结构构建的特定环境下反射镜的性能，不具有通用性；第二，光窗位置的贴镜面与储气孔距离过近，使得减反镜的性能也因等离子体放电影响而发生改变，因此测量结果无法真实反映待测反射镜的性能变化；第三，该结构采用切削方式加工成内凹型光窗，无法进行精密光学抛光，加工面型和表面疵病等级较差，光胶效果和气密性难以满足在线测试的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题：本发明提供一套能够真实反映待测反射镜在激光陀螺运行过程中性能变化的通用型激光陀螺反射镜性能在线测量装置。
本发明的技术方案是：一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，包括激光陀螺腔体1，光胶垫块3，减反镜4，密封反射镜5，其中激光陀螺腔体1包括阴极11、阳极12、储气孔13、毛细孔14，其中，阴极11、阳极12、储气孔13之间的工作气体通过毛细孔14导通，所述光胶垫块3有两块，对称设置在激光陀螺腔体1某待测储气孔两侧，且光胶垫块3内部通孔与激光陀螺腔体1待测储气孔13之间通过斜通孔2贯通，减反镜4设置在光胶垫块3垂直其内部通孔的光胶面上，密封反射镜5设置在其余储气孔13上。
斜通孔2与光胶垫块3的通孔轴向对齐，且两个斜通孔2的轴线的交点位于储气孔13所对应的光胶面15的中心位置，斜通孔2与所对应的光胶面15的夹角与反射镜入射角相同。
光胶垫块3的通孔长度不小于20mm，光胶垫块3为圆柱体或锥体或八面体结构。
减反镜4中减反射膜入射角为0度，在激光陀螺工作波长下，减反镜4中减反射膜的剩余反射率不大于0.01％。
密封反射镜5的高反射膜的直径小于储气孔13的直径，高反射膜的入射角与激光陀螺腔体1对应的反射镜入射角相同，在激光陀螺工作波长下反射率不低于99.99％。
当激光陀螺腔体1为四边形时，斜通孔2与所对应光胶面15的夹角为45°；当激光陀螺腔体1为三角形时，斜通孔2与所对应光胶面15的夹角为30°。
当装置进行在线测量时，将待测反射镜光胶于斜通孔2所对应的光胶面15处，待测反射镜的中心位于所对应储气孔13的轴线上；将激光陀螺腔体1充入工作气体，将激光陀螺专用电源连接阴极11和阳极12，放电电流和电压可调，点燃激光陀螺；当测试激光通过一侧减反镜4、一侧斜通孔2、待测反射镜膜面、另一侧斜通孔2、另一侧减反镜4后，通过实时探测出射激光的信息，并与入射激光作对比，可得到待测反射镜性能的变化。
本发明的有益效果：
本发明设计了简单、紧凑的装置实现激光陀螺反射镜性能在线测量。优点如下：
1)本发明采用待测反射镜对应的激光陀螺腔体，按照腔体所对应的反射镜的入射角度，在腔体侧面加工两个斜通孔，适用于大部分型号和尺寸的激光陀螺及反射镜，具有通用性；
2)本发明利用光胶垫块的外括设计，使得减反镜工作在0°的入射角度，降低减反镜的剩余反射率要求，同时增加了减反镜与激光陀螺腔体储气孔之间的距离，使其不会受到等离子体放电影响，可以真实反映待测反射镜的性能变化；
3)本发明设计的所有光胶面均为平面或外凸结构，可采用精密光学抛光，面型N不大于0.5，表面疵病等级等于或优于Ⅱ级，可以得到较好的光胶效果，气密性完全满足激光陀螺反射镜在线性能测量的需求。
附图说明
图1为四边形激光陀螺腔体结构示意图；
图2为三角形激光陀螺腔体结构示意图；
图3为本发明装置应用于四边形激光陀螺腔体的装置正视图；
图4为本发明装置应用于四边形激光陀螺腔体的装置剖视图；
图5为本发明装置应用于三角形激光陀螺腔体的装置正视图；；
图6为本发明装置应用于三角形激光陀螺腔体的装置剖视图；
图7为本发明装置应用于激光陀螺反射镜损耗在线测量的装置框图；
图8为本发明装置应用于激光陀螺反射镜损耗在线测量的结果曲线；
图9为本发明装置应用于激光陀螺反射镜损耗在线测量的结果曲线(横轴取log)，
其中附图标记为：1-激光陀螺腔体，2-斜通孔，3-光胶垫块，4-减反镜，5-密封反射镜，11-阴极，12-阳极，13-储气孔，14-毛细孔，15-光胶面，101-光源，102-光开关，103-透镜，104-转角镜，105-透镜，106-光阑，107-波片，108-转角镜，109-高反腔镜，110-待测镜片，111-高反腔镜，112-探测器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
本发明涉及一种激光陀螺反射镜性能在线测量装置，用于测量在激光陀螺运行环境下的反射镜性能变化，反射镜的性能通常包括反射率(总损耗)、散射、吸收、光学常数等，本实施方式实现激光陀螺反射镜反射率(总损耗)的在线测量。
请参阅图1、图3、图4，本实施方式待测的反射镜对应于四边形激光陀螺腔体1，腔体材料为微晶玻璃，腔体外尺寸900mm*900mm，厚30mm，腔体为十面体，包含四个储气孔及对应的光胶区，环形毛细孔，两个阳极，一个阴极，其中储气孔直径为Φ12mm，待测反射镜尺寸Φ20mm，厚5mm，反射镜入射角为45°。
在激光陀螺腔体中的储气孔两侧加工两个斜通孔，斜通孔的直径为6mm，两个斜通孔的轴线的交点位于储气孔在对应光胶面的中心位置，以能够实现对反射镜中心位置的测量，斜通孔2与对应光胶面15的夹角为45°，以便与反射镜入射角保持一致。
光胶垫块采用八面体结构，采用微晶玻璃材料，包含两个光胶面，两个光胶面的夹角为45°，两光胶面间有一通孔，其中一个光胶面与通孔垂直且与减反镜光胶，该光胶面尺寸25mm*25mm，另一光胶面与激光陀螺腔体的斜通孔的端面光胶，光胶垫块的通孔与所对应的斜通孔轴向对齐，通孔长度21mm，以具有足够的距离降低等离子体放电对减反镜性能的影响。
减反镜的尺寸为Φ20mm，厚5mm，采用石英玻璃材料，具有两个工作面，其中一面是光胶面，且两面都镀有减反射膜，其中位于光胶面的减反射膜直径8mm，入射角为0度时减反膜的剩余反射率不大于0.01％，以降低光路的总损耗，提高待测反射镜损耗测量精度。另外，减反镜中心与待测镜片中心的距离为42mm，以具有足够的距离降低等离子体放电对减反镜性能的影响。
密封反射镜的尺寸为Φ20mm，厚5mm，采用微晶玻璃材料，一面是光胶面，且镀有高反射膜，高反射膜的直径为7mm，膜系设计入射角为45°，在45°入射时反射率不低于99.99％。除了与斜通孔所对应的光胶面外，激光陀螺腔体的其他剩余储气孔的光胶面都与密封反射镜光胶，密封反射镜的中心位于所对应储气孔的轴线上，以实现对激光陀螺腔体的密封，同时保证激光陀螺正常运行。
激光陀螺腔体的所有光胶面、斜通孔的外侧端面、光胶垫块的两个光胶面、减反镜的光胶面、密封反射镜的光胶面都采用精密光学抛光，面型N不大于0.5，以保证光胶质量与气密性。
请参阅图7，本实施方式所采用的反射率测量仪器为美国生产的采用光腔衰荡原理的损耗仪，总损耗测量范围1ppm～500ppm。当装置准备进行在线测量时，首先对待测反射镜单独进行损耗测量L0，然后将待测反射镜光胶于斜通孔所对应的光胶面处，反射镜的中心位于所对应储气孔的轴线上。将装置通入He-Ne工作气体，将激光陀螺专用电源连接装置的阴极和阳极，设置放电电流1mA。将装置置于损耗仪测试光路内，使得激光从装置的一侧减反镜中心穿入，沿斜通孔在待测反射镜膜面中心反射，反射光从另一侧斜通孔和减反镜中心穿出，并在损耗仪中形成振荡光路。待测反射镜与减反镜累加的总损耗值Lt，减去之前得到的反射镜损耗值L0，可得到减反镜引起的损耗Lar。点燃激光陀螺，实时测量总损耗结果L(t)，发现总损耗L(t)在激光陀螺点燃后呈迅速增加并随着时间的累积增速趋于平缓，减去减反镜引起的损耗Lar，因此得到在激光陀螺运行中反射镜损耗的变化曲线，将时间进行处理，曲线满足线性规律。因此可根据总损耗测量结果得出的线性曲线，分析不同反射镜镀膜工艺和不同薄膜材料的耐等离子体轰击能力，参阅图8、图9。
请同时参阅图2、图5、图6，其中，图2为三角形激光陀螺腔体结构示意图，图5本发明装置应用于三角形激光陀螺腔体的装置正视图，图6为本发明装置应用于三角形激光陀螺腔体的装置剖视图。类似四边形激光陀螺腔体结构，本发明针对三角形激光陀螺腔体，在激光陀螺腔体中的储气孔两侧也加工两个斜通孔，斜通孔的直径为6mm，两个斜通孔的轴线的交点位于储气孔在对应光胶面的中心位置，只是两个斜通孔与对应光胶面的夹角为30°，且光胶垫块的两个光胶面的夹角为30°，因此相应的激光陀螺反射镜性能在线测量装置能够在激光陀螺运行环境下的对反射率(总损耗)、散射、吸收、光学常数等进行在线测量，且通用于不同形状不同大小的激光陀螺腔体和反射镜。
综上所述，本发明激光陀螺反射镜性能在线测量装置可以实时有效的观测激光陀螺运行中的反射镜性能的变化，可用于反射率(总损耗)、散射、吸收、光学常数等光学性能的在线测量，为耐等离子体轰击薄膜的研制提供实验依据，从而有助于提高反射镜的长期稳定性和可靠性。

Claims (6)

1.一种通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其特征在于，包括激光陀螺腔体(1)，光胶垫块(3)，减反镜(4)，密封反射镜(5)和待测反射镜，其中激光陀螺腔体(1)包括阴极(11)、阳极(12)、储气孔(13)、毛细孔(14)，其中，阴极(11)、阳极(12)、储气孔(13)之间的工作气体通过毛细孔(14)导通，所述光胶垫块(3)有两块，对称设置在激光陀螺腔体(1)某待测反射镜(5)所对应的储气孔(13)两侧，且光胶垫块(3)内部通孔与激光陀螺腔体(1)待测反射镜(5)所对应的储气孔(13)之间通过斜通孔(2)贯通，减反镜(4)设置在光胶垫块(3)垂直其内部通孔的光胶面上，减反镜(4)中减反射膜的入射角为0度，密封反射镜(5)设置在其余储气孔(13)上，密封反射镜(5)的高反射膜的入射角与激光陀螺腔体(1)对应的待测反射镜入射角相同，斜通孔(2)与光胶垫块(3)的通孔轴向对齐，且两个斜通孔(2)的轴线的交点位于储气孔(13)所对应的光胶面(15)的中心位置，斜通孔(2)与所对应的光胶面(15)的夹角与待测反射镜入射角相同，当激光陀螺腔体(1)为四边形时，斜通孔(2)与所对应光胶面(15)的夹角为45°，当激光陀螺腔体(1)为三角形时，斜通孔(2)与所对应光胶面(15)的夹角为30°，当装置进行在线测量时，将待测反射镜光胶于斜通孔(2)所对应的光胶面(15)处，待测反射镜的中心位于所对应储气孔(13)的轴线上。
2.根据权利要求1所述的通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其特征在于，光胶垫块(3)的通孔长度不小于20mm。
3.根据权利要求1所述的通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其特征在于，在激光陀螺工作波长下，减反镜(4)中减反射膜的剩余反射率不大于0.01％。
4.根据权利要求1所述的通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其特征在于，密封反射镜(5)的高反射膜的直径小于储气孔(13)的直径，在激光陀螺工作波长下反射率不低于99.99％。
5.根据权利要求1所述的通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其特征在于，光胶垫块(3)为圆柱体或锥体或八面体结构。
6.根据权利要求1所述的通用型激光陀螺反射镜在线测量装置，其特征在于，当装置进行在线测量时，将激光陀螺腔体(1)充入工作气体，将激光陀螺专用电源连接阴极(11)和阳极(12)，放电电流和电压可调，点燃激光陀螺；当测试激光通过一侧减反镜(4)、一侧斜通孔(2)、待测反射镜膜面、另一侧斜通孔(2)、另一侧减反镜(4)后，通过实时探测出射激光的信息，并与入射激光作对比，可得到待测反射镜性能的变化。
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