CN108681093A - 双光束激光准直系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双光束激光准直系统，包括：控制器；第一入射激光源和第二入射激光源，第一入射激光源具有第一传播光路，第二入射激光源具有第二传播光路；第一激光准直装置，第一激光准直装置包括依次布设于第一传播光路中、且均与控制器电控连接的第一光路调节组件及第一位置传感器；及第二激光准直装置，第二激光准直装置包括依次布设于第二传播光路中、且均与控制器电控连接的第二光路调节组件及第二位置传感器。本系统能够快速实现两束激光在长距离传播中的光路准直，消除因光斑漂移、光路光学元件的机械位移等因素造成的失准影响，确保光束精准共线，由此提高光学仪器的使用可靠性、稳定性与测量准确性。
Description
技术领域
本发明涉及光路准直技术领域，特别是涉及一种双光束激光准直系统。
背景技术
目前，采用多光束激光激发的非线性光学显微镜，如受激拉曼散射显微镜、相干反斯托克斯拉曼散射显微镜、瞬态吸收显微镜等，光源主要使用钛蓝宝石飞秒激光器配备光学参量振荡器，实现不同波长的多束激光的共焦，进而产生非线性光学信号。由于激光器出口距离多光束共焦焦点较远，使得激光器的光斑漂移、光路光学元件的机械位移等因素会导致多光束激光失去共焦，从而导致非线性光学信号的减弱甚至消失，该问题极大降低光学仪器设备的性能和稳定性，影响光学测量的重复性、可靠性和精确性。此外，由于非线性光学显微镜以及时间分辨光谱仪光学系统极为复杂，该问题会极大影响仪器设备的使用的便捷性和工作效率，将极大增加使用者的工作量。
发明内容
基于此，有必要提供一种双光束激光准直系统，能够快速实现两束激光在长距离传播中的光路准直，确保光束精准共线共焦，由此提高光学仪器的使用可靠性、稳定性与测量准确性。
其技术方案如下：
一种双光束激光准直系统，包括：
控制器；
第一入射激光源和第二入射激光源，所述第一入射激光源用于发射第一激光光线，所述第一激光光线具有第一传播光路，所述第二入射激光源用于发射第二激光光线，所述第二激光光线具有第二传播光路；
第一激光准直装置，所述第一激光准直装置包括依次布设于所述第一传播光路中、且均与所述控制器电控连接的第一光路调节组件及第一位置传感器；及
第二激光准直装置，所述第二激光准直装置包括依次布设于所述第二传播光路中、且均与所述控制器电控连接的第二光路调节组件及第二位置传感器。
上述激光准直系统用于双光束激光在长距离传播路径中的光路校准。具体工作时，由第一入射激光源和第二入射激光源分别射出第一激光光线和第二激光光线，该第一激光光线具有第一传播光路，第二激光光线具有第二传播光路。当第一位置传感器和第二位置传感器探测到第一传播光路和第二传播光路发生偏斜而无法共线共焦时，随即反馈信号给控制器，控制器分别输出指令给第一光路调节组件和第二光路调节组件，通过第一光路调节组件和第二光路调节组件的校准动作，能够快速调节第一传播光路的传播方向以及第二传播光路的传播方向，并在第一位置传感器和第二位置传感器的反馈下被校准而回到基准位置，最终完成第一激光光线和第二激光光线的准直操作。本系统能够快速实现两束激光在长距离传播中的光路准直，消除因光斑漂移、光路光学元件的机械位移等因素造成的失准影响，确保光束精准共线共焦，由此提高光学仪器的使用可靠性、稳定性与测量准确性。
下面对本申请的技术方案作进一步地说明：
在其中一个实施例中，所述第一光路调节组件包括用于改变所述第一传播光路的方向且间隔配合的第一旋转反射镜、第二旋转反射镜和第三旋转反射镜；所述第二光路调节组件包括用于改变所述第二传播光路的方向且间隔配合的所述第三旋转反射镜和第四旋转反射镜；所述第一旋转反射镜与所述第二旋转反射镜平行布置，所述第三旋转反射镜与所述第四旋转反射镜平行布置。
在其中一个实施例中，所述第一旋转反射镜、所述第二旋转反射镜和所述第四旋转反射镜均包括反射镜架、设置于所述反射镜架上并与所述控制器电控连接的驱动件、以及设置于所述反射镜架上的金属膜反射镜；所述第三旋转反射镜包括所述反射镜架、设置于所述反射镜架上并与所述控制器电控连接的所述驱动件、以及设置于所述反射镜架上的二向色分束镜。
在其中一个实施例中，还包括第一光学快门和第二光学快门，所述第一光学快门设置于所述第一传播光路中、并位于所述第一入射激光源与所述第一光路调节组件之间，所述第二光学快门设置于所述第二传播光路中、并位于所述第二入射激光源与所述第二光路调节组件之间。
在其中一个实施例中，还包括第一采样反射镜和第二采样反射镜，所述第一采样反射镜布设于所述第四旋转反射镜与所述第一位置传感器之间，所述第二采样反射镜布设于所述第一采样反射镜与所述第二位置传感器之间。
在其中一个实施例中，所述第一旋转反射镜、所述第二旋转反射镜、所述第三旋转反射镜、所述第四旋转反射镜、所述第一采样反射镜以及所述第二采样反射镜的入射角范围均为30°～60°。
在其中一个实施例中，还包括第一会聚透镜和第二会聚透镜，所述第一会聚透镜布设于所述第一采样反射镜与所述第一位置传感器之间，所述第二会聚透镜布设于所述第二采样反射镜与所述第二位置传感器之间。
在其中一个实施例中，所述第一会聚透镜垂直于所述第一采样反射镜的反射光线束、且该反射光线束通过所述第一会聚透镜的光心，所述第一位置传感器的感光面与所述第一会聚透镜的焦平面重合，并且所述第一位置传感器的感光面的中心与所述第一会聚透镜的焦点重合；
所述第二会聚透镜垂直于所述第二采样反射镜的反射光线束、且该反射光线束通过所述第二会聚透镜的光心，所述第二位置传感器的感光面与所述第二会聚透镜的焦平面重合，并且所述第二位置传感器的感光面的中心与所述第二会聚透镜的焦点重合。
在其中一个实施例中，所述第一会聚透镜和所述第二会聚透镜的焦距为 30mm～150mm。
在其中一个实施例中，所述第一入射激光源和所述第二入射激光源均为连续激光器或脉冲激光器；所述第一位置传感器和所述第二位置传感器均为四象限位置探测器、CCD相机或CMOS相机。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的双光束激光准直系统的结构示意图；
图2为图1所示系统的控制流程示意图。
附图标记说明：
10、第一入射激光源，20、第二入射激光源，30、第一位置传感器，40、第二位置传感器，50、第一旋转反射镜，60、第二旋转反射镜，70、第三旋转反射镜，80、第四旋转反射镜，90、第一光学快门，100、第二光学快门，110、第一采样反射镜，120、第二采样反射镜，130、第一会聚透镜，140、第二会聚透镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”、“设置于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；一个元件与另一个元件固定连接的具体方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述，优选采用螺纹连接的固定方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
如图1所示，为本申请展示的一实施例的双光束激光准直系统，包括：控制器(未示出)；第一入射激光源10和第二入射激光源20，所述第一入射激光源10用于发射第一激光光线，所述第一激光光线具有第一传播光路，所述第二入射激光源20用于发射第二激光光线，所述第二激光光线具有第二传播光路；第一激光准直装置，所述第一激光准直装置包括依次布设于所述第一传播光路中、且均与所述控制器电控连接的第一光路调节组件及第一位置传感器30；及第二激光准直装置，所述第二激光准直装置包括依次布设于所述第二传播光路中、且均与所述控制器电控连接的第二光路调节组件及第二位置传感器40。
上述激光准直系统用于双光束激光在长距离传播路径中的光路校准。具体工作时，由第一入射激光源10和第二入射激光源20分别射出第一激光光线和第二激光光线，该第一激光光线具有第一传播光路，第二激光光线具有第二传播光路。当第一位置传感器30和第二位置传感器40探测到第一传播光路和第二传播光路发生偏斜而无法共线共焦时，随即反馈信号给控制器，控制器分别输出指令给第一光路调节组件和第二光路调节组件，通过第一光路调节组件和第二光路调节组件的校准动作，能够快速调节第一传播光路的传播方向以及第二传播光路的传播方向，并在第一位置传感器30和第二位置传感器40的反馈下被校准而回到基准位置，最终完成第一激光光线和第二激光光线的准直操作。本系统能够快速实现两束激光在长距离传播中的光路准直，消除因光斑漂移、光路光学元件的机械位移等因素造成的失准影响，确保光束精准共线共焦，由此提高光学仪器的使用可靠性、稳定性与测量准确性。
可选地，所述第一入射激光源10和所述第二入射激光源20均为连续激光器或脉冲激光器；所述第一位置传感器30和所述第二位置传感器40均为四象限位置探测器、CCD相机或CMOS相机。如此可为系统的构成根据不同条件和需要提供多样化的构成方案，提升适用范围。
请继续参阅图1，在一可选实施例中，所述第一光路调节组件包括用于改变所述第一传播光路的方向且间隔配合的第一旋转反射镜50、第二旋转反射镜60 和第三旋转反射镜70；所述第二光路调节组件包括用于改变所述第二传播光路的方向且间隔配合的所述第三旋转反射镜70和第四旋转反射镜80；所述第一旋转反射镜50与所述第二旋转反射镜60平行布置，所述第三旋转反射镜70与所述第四旋转反射镜80平行布置。如此，使得第一激光光线和第二激光光线能够按预设路径稳定传递，避免出现光线散射等不稳定现象，影响光线传输的稳定性。
进一步地，所述第一旋转反射镜50、所述第二旋转反射镜60和所述第四旋转反射镜80均包括反射镜架、设置于所述反射镜架上并与所述控制器电控连接的驱动件、以及设置于所述反射镜架上的金属膜反射镜；所述第三旋转反射镜 70包括所述反射镜架、设置于所述反射镜架上并与所述控制器电控连接的所述驱动件、以及设置于所述反射镜架上的二向色分束镜。根据位置传感器的检测信号反馈，控制器可驱动驱动件带动反射镜架旋转，最终调节反射镜旋转调整空间姿态，来改变光线的传播方向，最终实现准直。采用金属膜的反射镜，使得光线折射效果更好、更稳定。此外，当两束光线汇聚到第三旋转反射镜70上时，同样可以通过驱动件输出旋转动力，来调节光线传播路径，并最终借助二向色分束镜将两束光线予以区分处理，进而能够分别进行校准，提高准直操作的有效性。
请继续参阅图1，此外，在上述实施例的基础上，系统(对双光束激光准直系统的简称，下同)还包括第一光学快门90和第二光学快门100，所述第一光学快门90设置于所述第一传播光路中、并位于所述第一入射激光源10与所述第一光路调节组件之间，所述第二光学快门100设置于所述第二传播光路中、并位于所述第二入射激光源20与所述第二光路调节组件之间。因而第一光学快门90和第二光学快门100能够对第一入射激光源10和第二入射激光源20的出射光线进行选择性地输出，减轻后续光线信号的处理量，提升系统运行能力。第一光学快门90垂直于第一入射激光源10的出射激光，且激光光斑中心通过第一光学快门90的中心；所述第二光学快门100垂直于第二入射激光源20(的出射激光，且激光光斑中心通过第二光学快门100的中心。
可以理解的，上述第一光学快门90和第二光学快门100可以是电子快门、机械快门或光学晶体快门等现有技术。
请继续参阅图1，进一步地，系统还包括第一采样反射镜110和第二采样反射镜120，所述第一采样反射镜110布设于所述第四旋转反射镜80与所述第一位置传感器30之间，所述第二采样反射镜120布设于所述第一采样反射镜110 与所述第二位置传感器40之间。因而第一采样反射镜110和第二采样反射镜120 能够将分束后的光线精准折射到第一位置传感器30和第二位置传感器40上，提升系统光线获取及分析处理的精度与可靠性。
可选地，所述第一旋转反射镜50、所述第二旋转反射镜60、所述第三旋转反射镜70、所述第四旋转反射镜80、所述第一采样反射镜110以及所述第二采样反射镜120的入射角范围均为30°～60°。
而为了避免一部分光线散射掉而无法有效传输，在上述任一实施例的基础上，系统还包括第一会聚透镜130和第二会聚透镜140，所述第一会聚透镜130 布设于所述第一采样反射镜110与所述第一位置传感器30之间，所述第二会聚透镜140布设于所述第二采样反射镜120与所述第二位置传感器40之间。如此，第一会聚透镜130和第二会聚透镜140能够将相对分散的光线汇聚为一束，并准确投射到第一位置传感器30和第二位置传感器40上，提高光线传播与接收有效性。
所述第一会聚透镜130垂直于所述第一采样反射镜110的反射光线束、且该反射光线束通过所述第一会聚透镜130的光心，所述第一位置传感器30的感光面与所述第一会聚透镜130的焦平面重合，并且所述第一位置传感器30的感光面的中心与所述第一会聚透镜130的焦点重合；
所述第二会聚透镜140垂直于所述第二采样反射镜120的反射光线束、且该反射光线束通过所述第二会聚透镜140的光心，所述第二位置传感器40的感光面与所述第二会聚透镜140的焦平面重合，并且所述第二位置传感器40的感光面的中心与所述第二会聚透镜140的焦点重合。
由于上述各部件的布置结构合理，使得光线传输更加可靠、稳定，利于两束光线校准后的共线共焦，提升系统对双光束的准直能力。
其中，所述第一会聚透镜130和所述第二会聚透镜140的焦距为 30mm～150mm。因而能够适用于会聚不同类型、能量大小等条件的光线，扩大系统的适用范围。
控制器可选是PLC、微控电脑等现有技术中的控制装置，其用作信息交互与指令调控中枢，对本技术方案中的所有光学快门(包括第一和第二)、旋转反射镜(包括第一至第四)和位置传感器(包括第一和第二)之间的信号通信、反馈等进行自动化控制，利于提升系统的运行性能与精度。
本系统工作时，两束激光共用两个位置探测探测器。安装过后，需人工将两束激光调节到准直，实现两束激光共同产生非线性光学信号，从而通过优化此光学信号来优化两束激光的共焦状态。优化完毕后，将两个位置传感探测器的中心移动至光斑中心，设定系统标准光路。
如图2所示，为本系统的控制流程图。首先，设定变量i＝1，表示对第i束激光进行准直，然后进行判定当前i值是否小于3，来判定光学准直是否完成。如果准直尚未完成，系统将开启第i个电动光学快门，并测量两个位置传感器的光强读数。如果光强过低，系统将会提示错误，表示激光光斑完全偏离了标准光路，需要人工优化光路；如果光强正常，系统将探测激光光斑在两个位置传感器中的位置坐标，反馈控制带压电调节马达的反射镜架，准直激光光路，进入反馈调节循环直至激光准直完毕，恢复到初始预设光路。然后同理继续调节第2束激光(i＝2)，从而完成两束激光的准直，实现在长工作距离之外两束激光的共线。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种双光束激光准直系统，其特征在于，包括：
控制器；
第一入射激光源和第二入射激光源，所述第一入射激光源用于发射第一激光光线，所述第一激光光线具有第一传播光路，所述第二入射激光源用于发射第二激光光线，所述第二激光光线具有第二传播光路；
第一激光准直装置，所述第一激光准直装置包括依次布设于所述第一传播光路中、且均与所述控制器电控连接的第一光路调节组件及第一位置传感器；及
第二激光准直装置，所述第二激光准直装置包括依次布设于所述第二传播光路中、且均与所述控制器电控连接的第二光路调节组件及第二位置传感器。
2.根据权利要求1所述的双光束激光准直系统，其特征在于，所述第一光路调节组件包括用于改变所述第一传播光路的方向且间隔配合的第一旋转反射镜、第二旋转反射镜和第三旋转反射镜；所述第二光路调节组件包括用于改变所述第二传播光路的方向且间隔配合的所述第三旋转反射镜和第四旋转反射镜；所述第一旋转反射镜与所述第二旋转反射镜平行布置，所述第三旋转反射镜与所述第四旋转反射镜平行布置。
3.根据权利要求2所述的双光束激光准直系统，其特征在于，所述第一旋转反射镜、所述第二旋转反射镜和所述第四旋转反射镜均包括反射镜架、设置于所述反射镜架上并与所述控制器电控连接的驱动件、以及设置于所述反射镜架上的金属膜反射镜；所述第三旋转反射镜包括所述反射镜架、设置于所述反射镜架上并与所述控制器电控连接的所述驱动件、以及设置于所述反射镜架上的二向色分束镜。
4.根据权利要求1所述的双光束激光准直系统，其特征在于，还包括第一光学快门和第二光学快门，所述第一光学快门设置于所述第一传播光路中、并位于所述第一入射激光源与所述第一光路调节组件之间，所述第二光学快门设置于所述第二传播光路中、并位于所述第二入射激光源与所述第二光路调节组件之间。
5.根据权利要求2所述的双光束激光准直系统，其特征在于，还包括第一采样反射镜和第二采样反射镜，所述第一采样反射镜布设于所述第四旋转反射镜与所述第一位置传感器之间，所述第二采样反射镜布设于所述第一采样反射镜与所述第二位置传感器之间。
6.根据权利要求5所述的双光束激光准直系统，其特征在于，所述第一旋转反射镜、所述第二旋转反射镜、所述第三旋转反射镜、所述第四旋转反射镜、所述第一采样反射镜以及所述第二采样反射镜的入射角范围均为30°～60°。
7.根据权利要求5所述的双光束激光准直系统，其特征在于，还包括第一会聚透镜和第二会聚透镜，所述第一会聚透镜布设于所述第一采样反射镜与所述第一位置传感器之间，所述第二会聚透镜布设于所述第二采样反射镜与所述第二位置传感器之间。
8.根据权利要求7所述的双光束激光准直系统，其特征在于，所述第一会聚透镜垂直于所述第一采样反射镜的反射光线束、且该反射光线束通过所述第一会聚透镜的光心，所述第一位置传感器的感光面与所述第一会聚透镜的焦平面重合，并且所述第一位置传感器的感光面的中心与所述第一会聚透镜的焦点重合；
所述第二会聚透镜垂直于所述第二采样反射镜的反射光线束、且该反射光线束通过所述第二会聚透镜的光心，所述第二位置传感器的感光面与所述第二会聚透镜的焦平面重合，并且所述第二位置传感器的感光面的中心与所述第二会聚透镜的焦点重合。
9.根据权利要求7所述的双光束激光准直系统，其特征在于，所述第一会聚透镜和所述第二会聚透镜的焦距为30mm～150mm。
10.根据权利要求1所述的双光束激光准直系统，其特征在于，所述第一入射激光源和所述第二入射激光源均为连续激光器或脉冲激光器；所述第一位置传感器和所述第二位置传感器均为四象限位置探测器、CCD相机或CMOS相机。
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