CN107228755A - 一种反射镜角漂稳定性测试系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光技术领域，具体为一种反射镜角漂稳定性的测试系统与方法。本发明通过成像设计，将光束指向稳定性转化为物像相对位置的变化，消除了光源和诊断系统稳定性对测试的影响；通过光路设计，将关联反射镜稳定性的两特征物置于同一平面进行了硬联结，从而消除了它们独立稳定性的影响。本发明适用于大型激光装置中各类光学元件稳定性的测试。

Description

一种反射镜角漂稳定性测试系统与方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体为一种反射镜角漂稳定性的测试系统和方法。

背景技术

激光装置的光束指向稳定性是系统的重要输出指标，反射镜角漂的稳定性是实现光束指向稳定性的重要基础，分析和提高反射镜角漂稳定性必须有准确的反射镜角漂稳定性的测量方法。另外激光装置光路复杂，反射镜角漂测量方法需具有灵活简便的特点，具有在线测量的能力。因此，研究适应能力强、测量精度高的反射镜角漂测量方法具有重要的研究意义。

随着测量精度要求的提高和相关技术的发展，目前测量反射镜角漂稳定性主要有电学法和光学法。电学法将被测对象的振动量转化为电量，然后用电量测试仪器进行测量，其优点是灵敏度高、频率范围及动态线性范围宽、便于分析和遥测，不足是不能直接反映单纯光学元件上光束的振动情况及定向漂移等情况。光学法主要包含两种技术，第一种是基于干涉的方法进行测量，其优点是测量精度高、适于对质量小不易安装加速度计的物体作非接触测量，不足是测量系统比较复杂，设备昂贵。另一种是直接测量激光光斑位置的变化来计算反射镜角漂稳定性。在先技术“张国轩，“用CCD摄像机检测激光输出光束指向稳定性”，[J]应用光学，19(2)：15-18，1998年”使用的方法设备简单，但测试中所用到的光源稳定性和诊断系统稳定性会严重制约反射镜角漂的测量准确性。

综上所述，需要一种灵活简洁稳定且有高精度的反射镜角漂测试系统和方法，以适应激光装置发展的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种反射镜角漂稳定性测试系统和方法。采用本发明可以精密地测试反射镜角漂的稳定性，消除光源和诊断光路稳定性对测试的影响。

本发明的技术解决方案是：

如图1所示，一种反射镜稳定性的测试系统，包含：照明光源(1)、特征物A和B(2 和5)、透镜(3)、被测反射镜(4)和诊断系统(6和7)组成的光路部分。特征物A(2) 和特征物B(5)硬联结为整体置于透镜(3)的焦平面上。光源(1)照射特征物A(2) 后，经过透镜(3)和被测反射镜(4)反射后再次通过成像透镜(3)，在焦平面上形成等比例放大的像，调节被测反射镜(4)的角度，使得特征物A(2)的像与特征物B(5)发生交叠。再通过诊断系统(6和7)对光斑进行放大成像并采集，采集结果如图2所示。设定时间间隔多次采集如图2所示的图像，图像中两特征物(2和5)相对位置关系的变化可表征被测反射镜角漂的稳定性。

设透镜焦距为f，若被测反射镜的角度变化α，反射光的角度则变化2α，特征物A的像相对特征物B的平移量则为△＝2fα，因此被测反射镜的角漂为

因此图像中特征物A和B位置关系的变化可表征反射镜角漂稳定性，实现了对反射镜角漂稳定性的测量。

对应的反射镜角漂稳定性的测试方法包含以下步骤：

将特征物A(2)和特征物B(5)置于成像透镜(3)的焦平面上，使用照明光源(1) 照射特征物A(2)后，经过成像透镜(3)和被测反射镜(4)反射后再次通过透镜(3)，在焦平面上形成等比例放大的像；

调节被测反射镜(4)的角度，使得特征物A(2)的像通过特征物B(5)；

通过诊断系统(6和7)进行放大成像并采集成像结果；

设定时间间隔多次采集并统计成像结果图像，图像中两个特征物(2和5)相对位置关系的变化表征被测反射镜角漂的稳定性。

本发明的技术效果：

本发明可精密地测试反射镜角漂的稳定性。与现有技术相比，它有以下几方面的优点：

1、是诊断系统的信息更丰富，既可消除不同诊断系统的计算转换引入的不确定度，又可同时给出光束和诊断系统的角漂稳定性；

2、是特征物的整体设计消除了特征物的独立晃动对测试的影响；

3、是采集的图像是具有清晰边缘的特征物像，有较高的位置信息提取精度。

附图说明

图1是本发明的总体光路结构关系示意图。

图2是本发明所采集的包含特征物像相对位置关系的图像。

图3是本发明所获得的一块反射镜角漂稳定性的统计结果。

图1中各附图标记分别表示为，1-照明光源，2-特征物A，3-透镜，4-被测反射镜，5-特征物B，6-诊断系统成像透镜，7-成像CCD。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不限定本发明。

本实例中采用的特征物A为圆孔(2)，特征物B为十字叉丝(5)，它们硬联结为整体置于透镜(3)的焦平面上。光源(1)全覆盖地照明圆孔(2)，经圆孔(2)后光束传输至透镜(3)，经被测反射镜(4)反射后再次通过透镜(3)，在焦平面上形成等比例放大的圆孔像，调节被测反射镜(4)的角度，使得圆孔像与十字叉丝(5)发生交叠。再通过诊断系统(6和7)对焦平面(叉丝位置)进行成像采集，采集结果如图2所示。采集图像中，圆孔在诊断系统中的像位置变化代表整个系统的整体稳定性，十字叉丝在诊断系统中的位置变化代表诊断系统的稳定性，圆中心与十字叉丝中心相对位置的变化代表传输反射镜角漂的稳定性。因此通过连续采集如图2所示的图像，可通过图像处理获得被测反射镜角漂的稳定性。计算公式如式(1)所示。

设透镜焦距为f，若被测反射镜的角度变化α，反射光的角度则变化2α，特征物A的像相对特征物B的平移量则为△＝2fα，因此被测反射镜的角漂为

如图3所示，为本发明对大型激光装置中某光路的大口径反射镜角漂稳定性在8小时内测试数据的统计结果。图3的数据是通过图2中圆中心和十字叉中心的相对偏差来计算角漂，这表明该方法可消除光源和诊断系统稳定性对反射镜角漂稳定性的影响，实现了反射镜角漂的高精度测量。

综上所述，本发明提供一种反射镜角漂稳定性的测试系统和方法，能够消除光源和诊断系统稳定性对测试的影响，提升角漂稳定性的测试精度。

Claims (8)

1.一种反射镜角漂稳定性的测试系统，其特征在于该系统包含：照明光源(1)、特征物A和B(2和5)、透镜(3)、被测反射镜(4)和诊断系统(6和7)组成的光路部分，其中：

特征物A(2)和特征物B(5)置于成像透镜(3)的焦平面上，照明光源(1)照射特征物A(2)后，经过成像透镜(3)和被测反射镜(4)反射后再次通过透镜(3)，在焦平面上形成等比例放大的像，调节被测反射镜(4)的角度，使得特征物A(2)的像通过特征物B(5)；再通过诊断系统(6和7)进行放大成像并采集成像结果，设定时间间隔多次采集并统计成像结果图像，图像中两个特征物(2和5)相对位置关系的变化表征被测反射镜角漂的稳定性。

2.根据权利要求1所述的反射镜角漂稳定性测试系统，其特征在于：角漂稳定性测试采用特征物成像的方式，将光束指向稳定性转化为两套特征物物像的相对位置关系，消除光源和监视系统稳定性对测试的影响。

3.根据权利要求1或2所述的反射镜角漂稳定性测试系统，其特征在于：两套特征物通过硬联结作为整体置于成像透镜的焦平面上，消除特征物独立晃动带来的影响。

4.根据权利要求3所述的反射镜角漂稳定性测试系统，其特征在于被测反射镜角漂的稳定性的计算方法如下：设透镜焦距为f，若被测反射镜的角度变化α，反射光的角度则变化2α，特征物A的像相对特征物B的平移量则为△＝2fα，因此被测反射镜的角漂为

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5.一种反射镜角漂稳定性的测试方法，其特征在于该方法包含以下步骤：

将特征物A(2)和特征物B(5)置于成像透镜(3)的焦平面上，使用照明光源(1)照射特征物A(2)后，经过成像透镜(3)和被测反射镜(4)反射后再次通过透镜(3)，在焦平面上形成等比例放大的像；

调节被测反射镜(4)的角度，使得特征物A(2)的像通过特征物B(5)；

通过诊断系统(6和7)进行放大成像并采集成像结果；

设定时间间隔多次采集并统计成像结果图像，图像中两个特征物(2和5)相对位置关系的变化表征被测反射镜角漂的稳定性。

6.根据权利要求5所述的反射镜角漂稳定性测试方法，其特征在于：角漂稳定性测试采用特征物成像的方式，将光束指向稳定性转化为两套特征物物像的相对位置关系，消除光源和监视系统稳定性对测试的影响。

7.根据权利要求5或6所述的反射镜角漂稳定性测试方法，其特征在于：两套特征物通过硬联结作为整体置于成像透镜的焦平面上，消除特征物独立晃动带来的影响。

8.根据权利要求7所述的反射镜角漂稳定性测试方法，其特征在于被测反射镜角漂的稳定性的计算方法如下：设透镜焦距为f，若被测反射镜的角度变化α，反射光的角度则变化2α，特征物A的像相对特征物B的平移量则为△＝2fα，因此被测反射镜的角漂为

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