CN106773078B - 一种光束传播定向器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光束传播定向器件，包括有前置光阑，分束片，反射镜，角锥棱镜，聚焦透镜，感光芯片。当光束偏离定向器件轴向通过前置光阑后，在分束片上分裂成两路，一路透过分束片依次在反射镜处反射，在分束片上二次反射，再经聚焦透镜在感光芯片上聚焦成第一个光斑。另一路经分束片反射后到达角锥棱镜，通过两次反射后，依次透过分束片，聚焦透镜在感光芯片上形成第二个光斑。当入射光的偏角越小，两个光斑的间距也越小，当入射光的方向与定向器件的轴向重合时，两个光斑相互重合。反射镜的法线方向可通过机械外形精确的测量，从而可以将光束传播方向的测量转化为定向器件的机械几何测量，大幅度提高光束传播方向的定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量器件领域，具体是一种光束传播定向器件。
背景技术
在磁约束聚变研究中，常应用等离子体辐射光谱进行等离子参数的诊断测量。在可见光波段，聚焦透镜配合光纤收集辐射光谱是常用的集光方法。由于光纤存在一定的数值孔径角，因而在观测方向上形成了一个狭长的集光区域。经过特殊设计的集束光纤可以确保集光区域的相互独立，从而能够获得等离子体参数的空间分布。为了确定该集光区域的空间位置及方向，常使用反向打光的方法，用高亮光源或激光照亮集束光纤的另一端，在集光区域形成定向传播的光束带，应用白板拦截测量光束带上的多个位置，拟合计算获得光束的传播方向。实际测量中发现，由于光斑的大小约为3~5cm，且边缘极其模糊，实际测量中易引入较大的人为误差。对于极度依赖几何方向的多普勒频移测量、运动斯塔克偏振测量来说，方向定位误差会对测量结果带来极大的不确定性。
发明内容 本发明的目的是提供一种光束传播定向器件，以解决现有技术磁约束聚变进行光学测量时存在人为定位误差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种光束传播定向器件，其特征在于：包括用于接收空间中传播光束的前置光阑，前置光阑的出射光光路上沿光路方向依次设有分束片、反射镜，分束片一侧方向的光路上设有角锥棱镜，分束片另一侧方向的光路上依次设有聚焦透镜、感光芯片；
在空间中传播的光束通过前置光阑后入射至分束片，并被分束片分成两路，一路光束透射过分束片后入射至反射镜，经反射镜表面反射折返回分束片，再经分束片反射至聚焦透镜，最后经聚焦透镜聚焦在感光芯片上形成第一个光斑；
另一路光束经过分束片反射后入射至角锥棱镜，并经过角锥棱镜的内部多次反射折返回来，然后透射过分束片后入射至聚焦透镜，最后经聚焦透镜聚焦在感光芯片上形成第二个光斑；
若光束传播的方向与反射镜的法线方向一致时，两个光斑相互重合，若光束传播方向与反射镜的法线方向存在一定的夹角，则形成两个分立的光斑，光斑的间距与夹角的大小相关，通过调整定向器件的空间位置使得分立的光斑重合，从而将难以定位的光束空间传播方向转化成反射镜的几何位置测量。
所述的一种光束传播定向器件，其特征在于：所述分束片为可产生分束作用的分束薄膜或分束棱镜，分光比为50：50。
所述的一种光束传播定向器件，其特征在于：所述感光芯片为CCD或COMS类型的影像器件。
所述的一种光束传播定向器件，其特征在于：所述角锥棱镜为内部全反射棱镜，不受入射角度大小影响，将入射光折返180°。
本发明的原理：
本发明采用分束片将传播光束分裂为相互垂直的两路光束，一路经过反射镜反射形成第一个光斑，另一路经过角锥棱镜反射形成左右互易的第二个光斑。只有光束的传播方向与反射镜的法线方向重合时，才能形成唯一的一个光斑。通过调整定向器件的空间位置使得分立的光斑重合，从而将难以定位的光束空间传播方向转化定向器件的几何位置测量，能大幅度提高光束传播方向的定位精度。
本发明具有以下优点：
本发明将光的传播方向定位问题，转化为两个光斑的重合问题，通过高精度机械臂测量反射镜的法线方向，即可获得准确的光束传播方向，避免了人为测量引入的不确定误差。
附图说明
图1为本发明光束传播定向器件原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种光束传播定向器件，包括用于接收空间中传播光束的前置光阑1，前置光阑1的出射光光路上沿光路方向依次设有分束片2、反射镜3，分束片2一侧方向的光路上设有角锥棱镜4，分束片2另一侧方向的光路上依次设有聚焦透镜5、感光芯片6；
在空间中传播的光束通过前置光阑1后入射至分束片2，并被分束片2分成两路，一路光束透射过分束片2后入射至反射镜3，经反射镜3表面反射折返回分束片2，再经分束片2反射至聚焦透镜5，最后经聚焦透镜5聚焦在感光芯片6上形成第一个光斑；
另一路光束经过分束片2反射后入射至角锥棱镜4，并经过角锥棱镜4的内部两次反射，以实现光路的折返与左右互易，然后透射过分束片2后入射至聚焦透镜5，最后经聚焦透镜5聚焦在感光芯片6上形成第二个光斑；
若光束传播的方向与反射镜的法线方向一致时，两个光斑相互重合，若光束传播方向与反射镜的法线方向存在一定的夹角，则形成两个分立的光斑，当空间传播光束与反射镜的法线方向夹角越大，两个光斑之间的间距越大，通过调整定向器件的空间位置使得分立的光斑重合，从而将难以定位的光束空间传播方向转化成测量反射镜的法线方向，易于判断和测量，能有效提高光束传播方向的测量的精度。
分束片为可产生分束作用的分束薄膜或分束棱镜，分光比为50：50。
感光芯片为CCD或COMS类型的影像器件。
角锥棱镜为内部全反射棱镜，不受入射角度大小影响，将入射光折返180°。
Claims (4)
1.一种光束传播定向器件，其特征在于：包括用于接收空间中传播光束的前置光阑，前置光阑的出射光光路上沿光路方向依次设有分束片、反射镜，分束片一侧方向的光路上设有角锥棱镜，分束片另一侧方向的光路上依次设有聚焦透镜、感光芯片；
在空间中传播的光束通过前置光阑后入射至分束片，并被分束片分成两路，一路光束透射过分束片后入射至反射镜，经反射镜表面反射折返回分束片，再经分束片反射至聚焦透镜，最后经聚焦透镜聚焦在感光芯片上形成第一个光斑；
另一路光束经过分束片反射后入射至角锥棱镜，并经过角锥棱镜的内部两次反射折返回来，然后透射过分束片后入射至聚焦透镜，最后经聚焦透镜聚焦在感光芯片上形成第二个光斑；
若光束传播的方向与反射镜的法线方向一致时，两个光斑相互重合，若光束传播方向与反射镜的法线方向存在一定的夹角，则形成两个分立的光斑，光斑的间距与夹角的大小相关，通过调整定向器件的空间位置使得分立的光斑重合，从而将难以定位的光束空间传播方向转化成反射镜的几何位置测量。
2.根据权利要求1所述的一种光束传播定向器件，其特征在于：所述分束片为可产生分束作用的分束薄膜或分束棱镜，分光比为50：50。
3.根据权利要求1所述的一种光束传播定向器件，其特征在于：所述感光芯片为CCD或COMS类型的影像器件。
4.根据权利要求1所述的一种光束传播定向器件，其特征在于：所述角锥棱镜为内部全反射棱镜，不受入射角度大小影响，将入射光折返180°。
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