CN111045216A - 具有可见光辅助光路的激光发射系统及其光源调整方法 - Google Patents

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Abstract

具有可见光辅助光路的激光发射系统及其光源调整方法，包括底板，底板上自左到右依次固定设置有左固定架、底座和右固定架，左固定架上设置有中红外激光光源，底座上设置有三棱镜，右固定架上设置有可见光光源，中红外激光光源和可见光光源通过二维或三维的光学调整架的调整后分别固定在左固定架和右固定架上。本发明采用可见光与不可见中红外激光的出射光束合成一束且呈平行关系的调整方法。该系统在开放的空间中检测时，利用可见光的可视化，可对不可见的中红外激光的光径进行调整，使现场不可见的中红外激光光束的调整变得简单容易，节省调整时间，提高工人工作效率。

Description

具有可见光辅助光路的激光发射系统及其光源调整方法
技术领域
本发明是一种基于量子级联激光器（QCL）的可调谐半导体激光光谱技术(TDLAS)的光学现场光路调整，主要用于不可见激光的现场光路调整，如SF6高压电气设备现场检漏分析、化工行业气体多组分分析等领域，具体涉及一种用于现场气体检测的中红外激光器光路调整方法。
背景技术
可调谐半导体激光光谱吸收技术逐渐成熟，替代传统红外光谱检测技术成为气体浓度探测的主流技术。大部分气体在红外区域存在吸收峰，一般的，近红外区域吸收峰强度较弱，中红外区域强度较强。在中红外区域进行TDLAS光谱分析，需要使用QCL激光器。QCL激光器发出光属于中红外波段，肉眼并不可见，这使得基于中红外光源的光谱分析技术现场调整光路较难实现。使用QCL激光器探测开放空间中气体含量，一般光源至中红外探测器之间距离较远，调整过程中激光发射端发出光线俯仰角度稍有偏差，最终到达探测器位置偏差即非常大。调整过程中，需要使用探测器实时检测光源位置，细微调整发射角使得发射激光最终到达中红外探测器。一旦光路结构需要使用镜片对光路进行反射改变光路，调整整个光路将变得尤为困难。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于调整、偏差很小的具有可见光辅助光路的激光发射系统及其光源调整方法，使可见光与不可见激光光源的出射光线近乎平行。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：具有可见光辅助光路的激光发射系统，包括底板，底板上自左到右依次固定设置有左固定架、底座和右固定架，左固定架上设置有中红外激光光源，底座上设置有三棱镜，右固定架上设置有可见光光源，中红外激光光源和可见光光源通过二维或三维的光学调整架的调整后分别固定在左固定架和右固定架上。
三棱镜的横截面为直角三角形，直角三角形的一个直角边水平设置在底座上并通过底座固定在底板上，直角三角形的另一个直角边邻近中红外激光光源，直角三角形的斜边邻近可见光光源。
左固定架和右固定架上分别设有光源固定孔来固定中红外激光光源和可见光光源。
具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，包括以下步骤，
（1）三棱镜设置在底座上；
（2）将右固定架设在三棱镜右侧的底板上，将左固定架设置在三棱镜左侧的底板上；
（3）将可见光光源固定在光学调整架的固定孔内，同时将可见光光源的头部探入右固定架上的光源固定孔内；
（4）调整光学调整架，使可见光光源的出射光束射向三棱镜的右侧面，并从右侧的入射面出射，出射光线呈水平方向或与水平方向呈≤5°的夹角；
（5）保持可见光光源的状态不变，将可见光光源固定在右固定架上的光源固定孔内，然后撤走光学调整架；
（6）在可见光光源的出射方向一定光程内设置一个中红外探测器，并使可见光光源的出射光线投射到中红外探测器的中心，固定中红外探测器的位置；
（7）同步骤（3）的操作方式一样，将中红外激光光源固定在光学调整架的固定孔内，同时将中红外激光光源的头部探入左固定架上的固定孔内；
（8）调整光学调整架，使中红外激光光源的出射光束向右发射穿过棱镜后投射到中红外探测器的中心，使中红外探测器有信号输出，且输出信号值达到最大；
（9）保持中红外激光光源的状态不变，将中红外激光光源固定在左固定架上的固定孔内；
（10）撤下光学调整架，光源调整完毕。
步骤（1）中三棱镜具体设置位置为：三棱镜的一个直角棱面水平设置并固定在底座上，三棱镜的另一个直角棱面朝向左侧，三棱镜的斜边棱面朝向右侧。
步骤（5）和步骤（9）中光源固定方法是，对左固定架和右固定架上的光源固定孔内的光源的外侧点胶，使光源固化在固定孔内。
步骤（4）~（6）和（8）中，在操作时均对可见光光源、中红外激光光源和中红外探测器上电，使其有光信号或电信号输出，中红外探测器的信号可用信号测量仪器检测。
中红外探测器探测波长范围与中红外光源的波长相匹配。
采用上述技术方案，光学调整架为常用仪器，三维的光学调整架包括X方向调整机构、Y方向调整机构和Z方向调整机构，可对可见光光源进行三维方向进行调整。
三棱镜的横截面为直角三角形，直角三角形的一个直角边水平设置在底座上并通过底座固定在底板上，直角三角形的另一个直角边邻近中红外激光光源，直角三角形的斜边邻近可见光光源。
本发明的具有可见光辅助光路的激光发射系统，按照其光源调整方法，通过光学调整架分别对可见光光源和中红外激光光源进行调整后，可见光的出射光和中红外激光的出射光几乎呈平行关系且合成一束。
本发明可解决不可见的中红外激光在开放空间的光路调整问题，使用一个可见光光源，经光学调整架的准直后，与中红外激光光源发出的平行光，采用近乎平行光路，并发射至待投射点（探测器的探测点）；也就是说光路调整过程中，只需要调整可见光光路，即可达到调整不可见中红外光路的功能。
在开放空间中，当可见光光束投射到待探测点时，不可见的激光光源的出射光束也会投射到待探测点。 即使光路结构中设有镜面反射光路，因为可见光的可见性，操作人员也会很容易的将可见光投射到待探测点，因为不可见的激光的出射光束与可见光光束的平行关系，此时，激光的出射光束也会透射到待探测点。
开放式光路调整过程中，只需要调整可见光光路，即可达到调整不可见中红外光路的功能。此系统可以避免技术人员现场繁琐的劳动。
综上所述，本发明设计的具有可见光辅助光路的激光发射系统及其光源调整方法，采用可见光与不可见中红外激光的出射光束合成一束且呈平行关系的调整方法。该系统在开放的空间中检测时，利用可见光的可视化，可对不可见的中红外激光的光径进行调整，使现场不可见的中红外激光光束的调整变得简单容易，节省调整时间，提高工人工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明光源调整方法的原理框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的具有可见光辅助光路的激光发射系统，包括底板1，底板1上自左到右依次固定设置有左固定架2、底座3和右固定架4，左固定架2上设置有中红外激光光源5，底座3上设置有三棱镜6，右固定架4上设置有可见光光源7，中红外激光光源5和可见光光源7通过二维或三维的光学调整架8的调整后分别固定在左固定架2和右固定架4上。
光学调整架8为常用仪器，三维的光学调整架8包括X方向调整机构9、Y方向调整机构10和Z方向调整机构11，可对可见光光源7进行三维方向进行调整。
三棱镜6的横截面为直角三角形，直角三角形的一个直角边水平设置在底座3上并通过底座3固定在底板1上，直角三角形的另一个直角边邻近中红外激光光源5，直角三角形的斜边邻近可见光光源7。
左固定架2和右固定架4上分别设有光源固定孔来固定中红外激光光源5和可见光光源7。
具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，包括以下步骤，
（1）三棱镜6设置在底座3上；
（2）将右固定架4设在三棱镜6右侧的底板1上，将左固定架2设置在三棱镜6左侧的底板1上；
（3）将可见光光源7固定在光学调整架8的固定孔内，同时将可见光光源7的头部探入右固定架4上的光源固定孔内；
（4）调整光学调整架8，使可见光光源7的出射光束射向三棱镜6的右侧面，并从右侧的入射面出射，出射光线呈水平方向或与水平方向呈≤5°的夹角；
（5）保持可见光光源7的状态不变，将可见光光源7固定在右固定架4上的光源固定孔内，然后撤走光学调整架8；
（6）在可见光光源7的出射方向一定光程内设置一个中红外探测器12，并使可见光光源7的出射光线投射到中红外探测器12的中心，固定中红外探测器12的位置；
（7）同步骤（3）的操作方式一样，将中红外激光光源5固定在光学调整架8的固定孔内，同时将中红外激光光源5的头部探入左固定架2上的固定孔内；
（8）调整光学调整架8，使中红外激光光源5的出射光束向右发射穿过棱镜后投射到中红外探测器12的中心，使中红外探测器12有信号输出，且输出信号值达到最大；
（9）保持中红外激光光源5的状态不变，将中红外激光光源5固定在左固定架2上的固定孔内；
（10）撤下光学调整架8，光源调整完毕。
步骤（1）中三棱镜6具体设置位置为：三棱镜6的一个直角棱面水平设置并固定在底座3上，三棱镜6的另一个直角棱面朝向左侧，三棱镜6的斜边棱面朝向右侧。
步骤（5）和步骤（9）中光源固定方法是，对左固定架2和右固定架4上的光源固定孔内的光源的外侧点胶，使光源固化在固定孔内。
步骤（4）~（6）和（8）中，在操作时均对可见光光源7、中红外激光光源5和中红外探测器12上电，使其有光信号或电信号输出，中红外探测器12的信号可用信号测量仪器检测。
中红外探测器12探测波长范围与中红外光源的波长相匹配。
本发明的具有可见光辅助光路的激光发射系统，按照其光源调整方法，通过光学调整架8分别对可见光光源7和中红外激光光源55进行调整后，可见光的出射光和中红外激光的出射光几乎呈平行关系且合成一束。
本发明可解决不可见的中红外激光在开放空间的光路调整问题，使用一个可见光光源77，经光学调整架8的准直后，与中红外激光光源5发出的平行光，采用近乎平行光路，并发射至待投射点（中红外探测器12的探测点）；也就是说光路调整过程中，只需要调整可见光光路，即可达到调整不可见中红外光路的功能。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.具有可见光辅助光路的激光发射系统，其特征在于：包括底板，底板上自左到右依次固定设置有左固定架、底座和右固定架，左固定架上设置有中红外激光光源，底座上设置有三棱镜，右固定架上设置有可见光光源，中红外激光光源和可见光光源通过二维或三维的光学调整架的调整后分别固定在左固定架和右固定架上。
2.根据权利要求1所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统，其特征在于：三棱镜的横截面为直角三角形，直角三角形的一个直角边水平设置在底座上并通过底座固定在底板上，直角三角形的另一个直角边邻近中红外激光光源，直角三角形的斜边邻近可见光光源。
3.根据权利要求2所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统，其特征在于：左固定架和右固定架上分别设有光源固定孔来固定中红外激光光源和可见光光源。
4.根据权利要求3所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）三棱镜设置在底座上；
（2）将右固定架设在三棱镜右侧的底板上，将左固定架设置在三棱镜左侧的底板上；
（3）将可见光光源固定在光学调整架的固定孔内，同时将可见光光源的头部探入右固定架上的光源固定孔内；
（4）调整光学调整架，使可见光光源的出射光束射向三棱镜的右侧面，并从右侧的入射面出射，出射光线呈水平方向或与水平方向呈≤5°的夹角；
（5）保持可见光光源的状态不变，将可见光光源固定在右固定架上的光源固定孔内，然后撤走光学调整架；
（6）在可见光光源的出射方向一定光程内设置一个中红外探测器，并使可见光光源的出射光线投射到中红外探测器的中心，固定中红外探测器的位置；
（7）同步骤（3）的操作方式一样，将中红外激光光源固定在光学调整架的固定孔内，同时将中红外激光光源的头部探入左固定架上的固定孔内；
（8）调整光学调整架，使中红外激光光源的出射光束向右发射穿过棱镜后投射到中红外探测器的中心，使中红外探测器有信号输出，且输出信号值达到最大；
（9）保持中红外激光光源的状态不变，将中红外激光光源固定在左固定架上的固定孔内；
（10）撤下光学调整架，光源调整完毕。
5.根据权利要求4所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，其特征在于：步骤（1）中三棱镜具体设置位置为：三棱镜的一个直角棱面水平设置并固定在底座上，三棱镜的另一个直角棱面朝向左侧，三棱镜的斜边棱面朝向右侧。
6.根据权利要求4所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，其特征在于：步骤（5）和步骤（9）中光源固定方法是，对左固定架和右固定架上的光源固定孔内的光源的外侧点胶，使光源固化在固定孔内。
7.根据权利要求4所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，其特征在于：步骤（4）~（6）和（8）中，在操作时均对可见光光源、中红外激光光源和中红外探测器上电，使其有光信号或电信号输出，中红外探测器的信号可用信号测量仪器检测。
8.根据权利要求4所述的具有可见光辅助光路的激光发射系统的光源调整方法，其特征在于：中红外探测器探测波长范围与中红外光源的波长相匹配。
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