CN108563027A - 一种扩束准直光束的自动调校方法 - Google Patents

一种扩束准直光束的自动调校方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108563027A
CN108563027A CN201810072140.8A CN201810072140A CN108563027A CN 108563027 A CN108563027 A CN 108563027A CN 201810072140 A CN201810072140 A CN 201810072140A CN 108563027 A CN108563027 A CN 108563027A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light wave
laser
translation stage
electronic control
filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810072140.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108563027B (zh
Inventor
段存丽
赵鹏程
郭荣礼
张玉虹
刘王云
胡小英
于佳
万文博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Wenshi Jiechuang Information Technology Co ltd
Original Assignee
Xian Technological University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Technological University filed Critical Xian Technological University
Priority to CN201810072140.8A priority Critical patent/CN108563027B/zh
Publication of CN108563027A publication Critical patent/CN108563027A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108563027B publication Critical patent/CN108563027B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0057—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种扩束准直光束的自动调校方法。本发明利用接收图像的优化方法和电控平台的自动控制，实现了扩束准直系统自动化调校，调校精度较高。本发明方法为：激光器发出的激光束通过扩束镜、滤波装置以及准直镜后出射的光波为准平面光波，用带有镜头的CCD相机接收出射的光波，对接收的光波编程优化处理，结果反馈三维电控平移台，调整三维电控平移台，使激光束通过扩束镜、滤波装置以及准直镜的同轴输出，实现激光光波的大口径均匀输出，再用迈克耳孙干涉装置产生等厚干涉条纹，CCD相机接收其编程优化处理，结果反馈三维电控平移台，调整三维电控平移台，实现扩束镜、滤波装置以及准直镜的准直光束的准直输出。

Description

一种扩束准直光束的自动调校方法
技术领域
本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及一种扩束准直光束的自动调校方法。
背景技术
激光光束具有一定发散角,光斑直径小，在宽口径的激光光路检测中，一般激光束的通过扩束准直系统形成与准直镜的对称轴平行的准直光束,该准直光束的准直度和光斑均匀性影响着激光的性能,因此准直光束的准直度和光斑均匀性是其光束性能评价的重要指标。
激光束的扩束准直方法主要有以下几种调校方法：
(1)夏克一哈特曼法：用一个透镜阵列对准直光束进行分割取样然后聚焦,根据焦斑的位置反求准直光束的波前分布。该方法适合测量小口径准直光束的波前分布,如果测量大口径准直光束,则需要一个特殊设计的光学匹配系统，该光学匹配系统需要一个口径不小于被测准直光束口径的高精度的聚焦透镜,这增加了检测系统的复杂度,也大大增加了检测成本。
(2)剪切干涉法：是准直光束检测的重要方法,剪切干涉法需要一个口径至少与被检准直光束口径相当的高精度、高均匀性的剪切板。通常要求剪切板的口径是被检准直光束口径的1.5倍，对于口径为50mm的准直光束而言,需要一个口径为75mm的高精度、高均匀性的剪切板,该剪切板的费用是非常高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种扩束准直光束的自动调校方法。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种扩束准直光束的自动调校方法，其特征在于：所述的方法为：激光器发出的激光束通过扩束镜、滤波装置以及准直镜后出射的光波为准平面光波，用带有镜头的CCD相机接收出射的光波，对接收的光波编程优化处理，处理的结果反馈三维电控平移台，调整三维电控平移台，使激光束通过扩束镜、滤波装置以及准直镜的同轴输出，实现激光光波的大口径均匀输出，再用迈克耳孙干涉装置产生等厚干涉条纹，CCD相机接收干涉条纹，对接收的干涉条纹编程优化处理，处理的结果反馈三维电控平移台，调整三维电控平移台，实现扩束镜、滤波装置以及准直镜的准直光束的准直输出。
所述的方法的具体步骤为：
步骤1，将激光器发出的激光束通过衰减器调节激光光强大小，再通过扩束镜、滤波装置以及准直镜后出射的光波为准平面光波；
步骤2，针对于准平面光波，用带有镜头的CCD相机接收光波，对接收到的光波进行数据优化处理，处理的结果自动反馈给三维电控平移台自动控制其移动，根据优化程序处理的结果先自动调节与光轴垂直面内的x方向，使光斑的均匀性达到最优；
步骤3，再调节与光轴垂直面内的y方向，使光斑的均匀性达到最优；
步骤4，通过步骤2和步骤3使激光束通过扩束镜、滤波装置以及准直镜的输出光束为同轴输出，实现光斑的均匀性自动调节；
步骤5，搭建迈克耳孙干涉装置，调节使其产生等厚干涉条纹，利用CCD相机接收干涉条纹，对干涉条纹进行优化处理，处理的结果自动反馈给三维电控平移台自动控制其沿主光轴z轴移动，实现扩束镜、滤波装置以及准直镜的准直光束的准直度自动调节。
所述的步骤5中的迈克耳孙干涉装置为：准平面光波通过1:1分光棱镜把光束分为两束，再通过反射镜一和反射镜二反射回分光棱镜，再通过带有镜头的CCD相机接收，形成迈克耳孙干涉装置。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明是基于干涉法的激光光束的扩束准直系统的调校方法，利用接收图像的优化方法和电控平台的自动控制，实现了扩束准直系统自动化调校，调校精度较高；
(2)本发明需要的仪器设备简单，一般的实验室均有，既适用于光学设备制作公司调校需要扩束准直的光学仪器，也适用于相关专业的实验者临时搭建扩束准直光束的调校。
附图说明
图1扩束准直光束的x,y方向自动调校系统示意图；
图2扩束准直光束的z方向自动调校系统示意图；
图中：1—激光器；2-衰减器；3—扩束镜；4—针孔滤波装置；5—准直镜；6—三维电控平移台；7—镜头；8—CCD相机；9—微机处理系统；10-分光棱镜；11—反射镜一；12—反射镜二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是扩束准直光束的x,y方向自动调校系统示意图，结合图1自在x,y方向自动调校，具体实施方式为：
步骤1，如图1，激光器发出的激光束通过衰减器2调节激光光强大小，再扩束镜3、针孔滤波装置4以及准直镜5后出射的光波为准平面光波；该步骤是用人眼的定性观察扩束准直系统出射的光斑来调节的，系统操作误差较大，出射的光波为准平面光波，光斑光强为准高斯分布。
步骤2，如图1，对于准高斯分布光斑光强，用带有图像采集系统的CCD相机8接收光波，图像采集以三维电控平移台6控制准直镜5在与光轴垂直面内的x方向移动，人眼初步估计出光斑中心点x0，以x0为x方向移动中心，根据三维电控平移台6的精度设计移动步长。若步长设计为xdmm,采集-5xdmm，-4xdmm，-3xdmm，-2xdmm，-xdmm，0mm，xdmm，2xdmm，3xdmm，4xdmm，5xdmm共11位置的图像。
对采集到的图像进行处理，光斑图像对于每一个像素点f(x,y)对应的灰度值为h(x,y),提取通过光斑中心y0行灰度值的列数据h(x,y0)，以像素点x为横坐标，列数据h(x,y0)为纵坐标拟合高斯分布，高斯分布函数为：
拟合可得到高斯分布的均值a和方差σ2的值。
对采集到的11张图像进行上述处理，比较拟合高斯分布的均值a和方差σ2的值，均值变化最小的，方差最小的为x方向的最佳位置标为x1，把这个位置自动反馈给三维电控平移台6，三维电控平移台6通过微机处理系统9自动调节准直镜5到达该位置。
同理，以x1为中心，改变电控平移台步长为0.2xdmm,进行同样的拟合优化处理，得到最佳的x2的位置。
同理，以x2为中心，改变电控平移台步长为0.02xdmm,进行同样拟合优化处理，得到最佳的x3的位置。
可利用同样方法进行多次调校，此方法调校下，光斑的均匀性达到最优。
步骤3，如图1，同步骤2的原理，再调节与光轴垂直面内的y方向,使激光束通过扩束镜3、针孔滤波装置4以及准直镜5的输出光束为同轴输出，实现光斑的均匀性自动调节。
步骤4，如图2，扩束准直后的光束通过1:1分光棱镜10把光束分为两束，再通过反射镜一11和反射镜二12反射回分光棱镜10，再通过带有镜头7的CCD相机8接收，形成迈克耳孙干涉装置，调节使其产生等厚干涉条纹，视场的干涉条纹为5-6个，干涉图为等距条纹。
图像采集以三维电控平移台6控制准直镜5在与光轴平行的z方向移动，实现扩束镜3、滤波装置4以及准直镜5的准直光束的准直度自动调节。人眼初步估计出条纹最少的位置点z0，以此z0为z方向移动中心，电控平移台的步长设计为zdmm,采集-5zdmm，-4zdmm，-3zdmm，-2zdmm，-zdmm，0mm，zdmm，2zdmm，3zdmm，4zdmm，5zdmm共11位置的图像。
对采集到的图像进行处理，测量每副干涉图样的等厚条纹间距e,比较11个条纹间距值e，值最大的那副干涉图的位置为最佳位置z1,把这个位置自动反馈给三维电控平移台6，三维电控平移台6通过微机处理系统9自动调节准直镜5到达该位置。
在z1位置，由于干涉条纹个数少，等厚干涉的厚度变化缓慢，由相位差公式
可知，干涉级m与光学厚度nh和光束入射角θ1有关，因而干涉图样是等倾干涉和等厚干涉综合，视场的干涉条纹较少，干涉图为弯曲的x型。再以z1为z方向移动中心，三维电控平移台的步长设计为0.2zdmm,采集11位置的图像。
对采集到的11张图像进行处理，同步骤2，条纹图像对于每一个像素点f(x,y)对应的灰度值为h(x,y),提取通过光斑中心y0行灰度值的列数据h(x,y0)，以像素点x为横坐标，列数据h(x,y0)为纵坐标拟合高斯分布，高斯分布函数为：
拟合可得到高斯分布的均值a和方差σ2的值。比较拟合高斯分布的均值a和方差σ2的值，均值变化最小的，方差最小的为最佳的z2的位置，把这个位置自动反馈给三维电控平移台6，三维电控平移台6通过微机处理系统9自动调节准直镜5到达该位置。
同理，以z2为中心，改变三维电控平移台步长为0.02zdmm,进行拟合优化处理，最佳的z3的位置。把这个位置自动反馈给三维电控平移台6，三维电控平移台6通过微机处理系统9自动调节准直镜5到达该位置，此方法自动调校下，光束的准直度达到最优。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种扩束准直光束的自动调校方法，其特征在于：所述的方法为：激光器（1）发出的激光束通过扩束镜（3）、滤波装置（4）以及准直镜（5）后出射的光波为准平面光波，用带有镜头（7）的CCD相机（8）接收出射的光波，对接收的光波编程优化处理，处理的结果反馈三维电控平移台，调整三维电控平移台（6），使激光束通过扩束镜（3）、滤波装置（4）以及准直镜（5）的同轴输出，实现激光光波的大口径均匀输出，再用迈克耳孙干涉装置产生等厚干涉条纹，CCD相机（8）接收干涉条纹，对接收的干涉条纹编程优化处理，处理的结果反馈三维电控平移台，调整三维电控平移台（6），实现扩束镜（3）、滤波装置（4）以及准直镜（5）的准直光束的准直输出。
2.根据权利要求1所述的一种扩束准直光束的自动调校方法，其特征在于：所述的方法的具体步骤为：
步骤1，将激光器（1）发出的激光束通过衰减器（2）调节激光光强大小，再通过扩束镜（3）、滤波装置（4）以及准直镜（5）后出射的光波为准平面光波；
步骤2，针对于准平面光波，用带有镜头（7）的CCD相机（8）接收光波，对接收到的光波进行数据优化处理，处理的结果自动反馈给三维电控平移台（6）自动控制其移动，根据优化程序处理的结果先自动调节与光轴垂直面内的x方向，使光斑的均匀性达到最优；
步骤3，再调节与光轴垂直面内的y方向，使光斑的均匀性达到最优；
步骤4，通过步骤2和步骤3使激光束通过扩束镜（3）、滤波装置（4）以及准直镜（5）的输出光束为同轴输出，实现光斑的均匀性自动调节；
步骤5，搭建迈克耳孙干涉装置，调节使其产生等厚干涉条纹，利用CCD相机（8）接收干涉条纹，对干涉条纹进行优化处理，处理的结果自动反馈给三维电控平移台（6）自动控制其沿主光轴z轴移动，实现扩束镜（3）、滤波装置（4）以及准直镜（5）的准直光束的准直度自动调节。
3.根据权利要求2所述的一种扩束准直光束的自动调校方法，其特征在于：所述的步骤5中的迈克耳孙干涉装置为：准平面光波通过1:1分光棱镜（10）把光束分为两束，再通过反射镜一（11）和反射镜二（12）反射回分光棱镜（10），再通过带有镜头（7）的CCD相机（8）接收，形成迈克耳孙干涉装置。
CN201810072140.8A 2018-01-25 2018-01-25 一种扩束准直光束的自动调校方法 Active CN108563027B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810072140.8A CN108563027B (zh) 2018-01-25 2018-01-25 一种扩束准直光束的自动调校方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810072140.8A CN108563027B (zh) 2018-01-25 2018-01-25 一种扩束准直光束的自动调校方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108563027A true CN108563027A (zh) 2018-09-21
CN108563027B CN108563027B (zh) 2020-11-10

Family

ID=63530959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810072140.8A Active CN108563027B (zh) 2018-01-25 2018-01-25 一种扩束准直光束的自动调校方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108563027B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109683328A (zh) * 2018-12-25 2019-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法
CN110488506A (zh) * 2019-08-28 2019-11-22 中国人民解放军国防科技大学 一种激光自动化准直调节装置和方法
CN112230425A (zh) * 2020-12-08 2021-01-15 江西联创光电科技股份有限公司 一种半导体激光器扩束镜调整装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1693845A (zh) * 2005-05-16 2005-11-09 天津大学 基于干涉条纹的准直方法
CN102103269A (zh) * 2011-03-25 2011-06-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种利用莫尔条纹调整全息光栅曝光光路中准直光的方法
CN102374851A (zh) * 2011-09-22 2012-03-14 西安工业大学 实时部分零位补偿光学非球面面型检测方法
CN103592108A (zh) * 2013-12-01 2014-02-19 西安电子科技大学 Ccd芯片调制传递函数测试装置及方法
CN104075656A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 广东工业大学 激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法
CN104316234A (zh) * 2014-11-03 2015-01-28 苏州精创光学仪器有限公司 薄膜应力测量装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1693845A (zh) * 2005-05-16 2005-11-09 天津大学 基于干涉条纹的准直方法
CN102103269A (zh) * 2011-03-25 2011-06-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种利用莫尔条纹调整全息光栅曝光光路中准直光的方法
CN102374851A (zh) * 2011-09-22 2012-03-14 西安工业大学 实时部分零位补偿光学非球面面型检测方法
CN103592108A (zh) * 2013-12-01 2014-02-19 西安电子科技大学 Ccd芯片调制传递函数测试装置及方法
CN104075656A (zh) * 2014-06-25 2014-10-01 广东工业大学 激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法
CN104316234A (zh) * 2014-11-03 2015-01-28 苏州精创光学仪器有限公司 薄膜应力测量装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周欣: ""基于干涉条纹的激光准直技术的研究"", 《天津大学硕士论文》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109683328A (zh) * 2018-12-25 2019-04-26 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法
CN109683328B (zh) * 2018-12-25 2020-05-19 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种可自动检焦的激光扩束系统以及其检焦方法
CN110488506A (zh) * 2019-08-28 2019-11-22 中国人民解放军国防科技大学 一种激光自动化准直调节装置和方法
CN112230425A (zh) * 2020-12-08 2021-01-15 江西联创光电科技股份有限公司 一种半导体激光器扩束镜调整装置
CN112230425B (zh) * 2020-12-08 2021-03-16 江西联创光电科技股份有限公司 一种半导体激光器扩束镜调整装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108563027B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104111163B (zh) 凸透镜焦距的测量装置和测量方法
CN104482875A (zh) 单狭缝空间载波剪切散斑干涉测量系统及测量方法
US20190212134A1 (en) Method and apparatus for detecting cylinder and cylindrical converging lens
CN105181298B (zh) 多次反射式激光共焦长焦距测量方法与装置
CN108563027A (zh) 一种扩束准直光束的自动调校方法
US10663289B2 (en) Method and apparatus for detecting concave cylinder and cylindrical diverging lens
EP2517799A1 (en) Apparatus and method for industrial online micro-topography and waviness measurements on moving products
CN102589684A (zh) 一种红外激光测量像面对准装置
CN104165758B (zh) 基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法
CN106595529B (zh) 基于虚拟牛顿环的大曲率半径非零位干涉测量方法及装置
CN114354141B (zh) 一种基于频域测量超表面相位的方法及系统
CN103148800A (zh) 一种基于光场传播的非标记三维显微方法和装置
CN116448020B (zh) 基于pBRDF与动态TS算法的粗糙度测量装置及方法
CN108226036A (zh) 基于双光栅剪切干涉的一体化激光材料热效应测量装置
CN107515103B (zh) 一种采用环形光栅的焦距检测装置及方法
CN110927116B (zh) 一种测量标记结构的方法、装置及系统
CN114894099B (zh) 一种大量程高精度阶梯光栅机械拼接位移检测系统及方法
KR20180041168A (ko) 대상 표면의 토포그라피를 도출하기 위한 방법 및 장치
CN113295386B (zh) 一种光学镜片检测系统及检测方法
CN104534980A (zh) 一种反射型无透镜数字全息测量装置
JPH04184241A (ja) 粒子分析装置
CN1560565A (zh) 长焦距镜头的焦距精确测量装置及其测试方法
CN110243760A (zh) 线域频域光学相干层析系统及其纵向坐标标定方法
US10145944B1 (en) System and method for LADAR-based optic alignment and characterization
CN115598091B (zh) 一种基于波前测量的晶体折射率非均匀性测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220718

Address after: 14C, 14th floor, building 1, No. 2, Shangdi Information Road, Haidian District, Beijing 100085

Patentee after: BEIJING WENSHI JIECHUANG INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 710032 No. 2 Xuefu Middle Road, Weiyang District, Xi'an City, Shaanxi Province

Patentee before: XI'AN TECHNOLOGICAL University

TR01 Transfer of patent right