CN111258079A - 一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构及其检测、调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构及其检测、调整方法，该激光后向反射器阵列相位精密调整机构，包括反射器单元、阵列体、驱动机构；所述反射器单元用于安装单个激光后向反射器，所述阵列体用于组合多个反射器单元，所述驱动机构用于驱动单个反射器单元的位移。该检测、调整方法包括：利用沿直线依次设置的激光光源、分光镜、透镜、激光后向反射器阵列相位精密调整机构，分光镜反射光路设置的光探测器，检测反射光束远场光斑图像，对反射器单元进行调整。本发明实现了激光后向反射器阵列活塞相位误差的矫正，提高了激光后向反射器阵列反射光束远场衍射峰值能量，扩展了激光后向反射器阵列使用场景。

Description

一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构及其检测、调整 方法

技术领域

本发明涉及光电仪器研制领域，特别涉及一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构及其检测、调整方法。

背景技术

激光后向反射器是一种回射光束的光学元件，利用三个互相垂直的反射面，光线经过三次反射，射出的反射光线与入射光线平行。且射入光束的光线在激光后向反射器内的光程相等，理想的激光后向反射器对光束的反射使光束内光线相位共轭。该特性使其在光学测量、激光雷达、目标指示等多方面有重要应用。

受限于机械加工精度与激光后向反射器本身结构的原因，大孔径的激光后向反射器在玻璃角的加工精度上以及激光后向反射器重量体积上往往表现不佳，因此市面上常见的激光后向反射器口径往往只有一、两英寸大小，这显然不能满足一些实际工程的要求。因此当需要使用大口径激光后向反射器时，常采用多个激光后向反射器阵列的方式组成一个大口径的光学后向反射器。

目前对于激光后向反射器阵列的优化多数是对激光后向反射器的加工误差和激光后向反射器阵列的排布方式进行研究。角锥棱镜是一种典型的激光后向反射器，在胡诗杰等人“角锥棱镜阵列像差仿真与实验研究”，中国激光，第35卷，第6期中认为综合角误差在一定范围内是可以被忽略的。在李真等人的“角锥棱镜阵列式反射镜反光性能及其评价的研究”，计量学报，第16卷，第2期中表明，正六边形阵列有效通光口径大、光能损失小。

但是，本发明人发现目前的公开报道中，没有针对激光后向反射器阵列子孔径间活塞相位误差造成的影响进行研究与改进。激光后向反射器的反射光线和入射光线之间，仅有一个与口径大小有关的翻转，接近光学相位共轭，被称为“伪相位共轭”特性。该特性是激光后向反射器的一个重要特性，但在现有激光后向反射器阵列之中，由于机械加工精度和安装误差原因，造成激光后向反射器工作面不完全在同一个平面上，引起阵列中不同激光后向反射器反射光束的相位差，这会影响激光后向反射器阵列“伪相位共轭”能力，并造成远场衍射光强峰值的下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：鉴于上述技术缺陷和应用需求，本发明提供一种激光后向反射器相位精密调整机构及其检测调整方法，以满足激光后向反射器阵列部分应用需求。

本发明采用的技术方案为：为解决上述问题，本发明提供一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构，包括反射器单元、阵列体、驱动机构；

所述反射器单元用于安装单个激光后向反射器，所述阵列体用于组合多个反射器单元，所述驱动机构用于驱动单个反射器单元的位移；

优选的，所述反射器单元包括激光后向反射器、套筒、弹簧、套筒后盖；所述激光后向反射器固定于所述套筒大圆筒内，所述弹簧套在套筒小圆筒上，所述套筒后盖安装在所述套筒小圆筒后部，用于限制所述弹簧位移；

优选的，所述阵列体用于放置反射器单元，所述阵列体一侧为所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构工作面，所述阵列体另一侧为所述反射器单元的弹簧提供支撑面；

优选的，所述反射器单元在所述阵列体内阵列方式为正六边形排布、环形排布、正方形排布或圆形排布；

优选的，所述阵列体与所述驱动机构使用立柱连接、固定；

优选的，所述驱动机构为与所述反射器单元相同阵列方式排布的驱动单元，所述驱动单元为直线电机、测微丝杆、差分调节螺丝或压电陶瓷。

进一步地，一种所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构检测调整方法，包括：沿直线依次设置的激光光源、分光镜、透镜、激光后向反射器阵列相位精密调整机构，分光镜第二反射面反射光路设置的光探测器；

所述激光光源用于产生激光光源；

所述分光镜的第一分光面相对所述激光光源的透射光路上依次设有透镜和激光后向反射器阵列相位精密调整机构，所述分光镜的第二分光面相对所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构的反射光路上设有光探测器。

进一步地，所述透镜将所述激光光源转化成平行光；

进一步地，所述激光光源位于所述透镜焦点；

进一步地，所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构反射面垂直于所述平行光，用于反射所述透镜产生的平行光；

进一步地，所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构用于调整激光后向反射器的前后位置；

进一步地，所述分光镜与所述激光后向反射器相位精密调整机构反射的光束夹角为45度，所述激光后向反射器相位精密调整机构反射的光束通过所述分光镜的第一分光面中心。

进一步地，所述光探测器用于观测激光后向反射器阵列反射光束远场衍射光斑形态；

光探测器得到图像可以用相干合成的方法仿真计算得到，平行光经过激光后向反射器阵列反射为若干束平顶光，其近场光束可表示为：

其中A是振幅，N是反射器单元数，

是相位。对其做傅里叶变换即可得到远场复振幅：

远场光强分布是远场复振幅的平方，则远场光强为：

I＝|E_far|²

这样，根据不同的光强分布，可以对反射器单元的相位进行调整。

为解决上述问题，本发明还提供一种利用上述激光后向反射器调整机构的检测调整方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：启动激光光源，激光光源经过透镜转化为平行光；

步骤S2:平行光到达激光后向反射器阵列相位精密调整机构，进行反射；

步骤S3：反射光束经过透镜进行聚焦；

步骤S4：聚焦光束通过分光镜分成两部分，一分光到达光强探测器汇聚成像；

步骤S5：通过光探测器产生的远场光强分布，调整激光后向反射器相位精密调整机构的反射器单元位置。

本发明的有益效果为：

本发明为校正激光后向反射器阵列活塞相位误差，提供了一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构，及其检测调整方法。该调整机构通过驱动器驱动力与弹簧回复力的相互作用对反射器单元的位置进行调整，根据反射光束相位差异的远场衍射光斑形态的不同进行检测调整，以优化激光后向反射器阵列使用效率，提升反射光束远场衍射能量峰值，增加反射距离；改善激光后向反射器阵列“伪相位共轭”能力，从单个激光后向反射器的“伪相位共轭”能力，扩充到阵列的“伪相位共轭”能力，增加激光后向反射器阵列应用场景；可为激光后向反射器阵列中单个激光后向反射器反射质量提供检测标准，更清晰的显示阵列中激光后向反射器是否存在质量问题。

附图说明

图1是激光后向反射器阵列相位精密调整机构的基本原理图；

图2是激光后向反射器阵列相位精密调整机构的左视图；

图3是激光后向反射器阵列相位精密调整机构的立体示意图；

图4是激光后向反射器阵列相位精密调整机构的爆炸图；

图5是激光后向反射器阵列相位精密调整机构检测、调整方案的光路图；

图6是激光后向反射器阵列相位精密调整机构检测、调整过程远场光斑示意图，其中，图6(a)为调整前七路光束远场图像，图6(b)为调整前双路光束远场图像，图6(c)为调整后双路光束远场图像，图6(d)为调整后七路光束远场图像。

图中：1为激光后向反射器，2为套筒，3为阵列体，4为弹簧，5为套筒后盖，6为驱动器，7为驱动机构阵列体，8为立柱，9为激光器，10为分光镜，11为透镜，12为激光后向反射器阵列相位精密调整机构，13为光探测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例提供一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构，如图1所示，反射器单元包括激光后向反射器1、套筒2、弹簧4和套筒后盖5；激光后向反射器1固定于套筒2的大圆桶内，弹簧4放置于套筒2小圆筒上，套筒后盖5安装在套筒2小圆筒后部为弹簧4提供支撑面，反射器单元放置在阵列体3内，阵列体3为弹簧4提供另一个支撑面，驱动器6与套筒后盖5直接接触，驱动器6固定于驱动机构阵列体7内。

本发明实施例中，当需要反射器单元前进时，驱动器6施加驱动力于套筒后盖5，推动反射器单元前进，并压缩弹簧4；当需要反射器单元后退时，驱动器6后退，弹簧4释放弹力推动反射器单元后退。

如图2所示，反射器单元以正六边形方式阵列于阵列体3内；如图3所示，驱动器6以激光后向反射器相同的阵列方式阵列在驱动机构阵列体7上；驱动机构阵列体7通过立柱8与阵列体3连接、固定。

图4是激光后向反射器阵列相位精密调整机构的爆炸图，其中激光后向反射器口径25.4mm，间距32mm。

本发明还提供一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构检测调整方案，如图5所示，沿同一光路依次设有激光器9、分光镜10、透镜11、激光后向反射器阵列相位精密调整机构12。分光镜第二分光面反射光路设有光探测器13。

本发明实施例中，激光器9放置于透镜11焦点处，激光器9发出的激光传播至透镜11后转化成平行光，平行光平行于x轴，该平行光到达激光后向反射器阵列相位精密调整机构12后被反射，光线经激光后向反射器阵列相位精密调整机构12反射后沿x轴负方向传播，分光镜10与x轴夹角沿x方向为45度，激光后向反射器阵列相位精密调整机构12反射后光束到达分光镜10后被分光面反射至光探测器13。

使用该激光后向反射器阵列相位精密调整机构及其检测、调整方法过程中，启动激光器9，发出波长1064nm激光，激光器9发出的激光经过透镜11转化成平行光，到达激光后向反射器阵列相位精密调整机构12，被激光后向反射器阵列相位精密调整机构12，分成等同于反射器单元数目的光束，光束经过透镜11的聚焦以及分光镜10的反射后进入光探测器13，即可得到激光后向反射器阵列相位精密调整机构12反射光束远场衍射光强的分布，通过该光强分布即可对激光后向反射器阵列相位精密调整机构12的反射器单元位置进行调整。

初始状态下，七单元激光后向反射器阵列反射光束聚焦到光探测器得到的图像如图6(a)所示，校正时，具体步骤如下：

步骤S1：选择一个反射器单元为基准，遮挡其它反射器单元；

步骤S2：露出需要校正的一个反射器单元，与基准反射器单元反射光束合成，光探测器可以得到光斑图像如图6(b)所示；

步骤S3：调整激光后向反射器阵列相位精密调整机构12，使光斑图像如图6(c)所示；

步骤S4：重复步骤S2-步骤S3，直至所有反射器单元调整结束；

最终光探测器得到的图像如图6(d)所示，即激光后向反射器阵列相位精密调整机构的检测、调整结束。

综上所述，本发明提供的激光后向反射器阵列相位精密调整机构及其检测、调整方法能够实现激光后向反射器阵列的活塞相位检测，并通过激光后向反射器阵列相位精密调整机构实现激光后向反射器阵列的活塞相位的调整。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记裁的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换：而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构，其特征在于：包括反射器单元、阵列体和驱动机构，其中，所述反射器单元用于安装单个激光后向反射器；所述阵列体用于组合多个反射器单元，所述驱动机构用于驱动单个反射器单元的位移；

所述反射器单元包括激光后向反射器、套筒、弹簧、套筒后盖；所述激光后向反射器固定于所述套筒大圆筒内，所述弹簧套在套筒小圆筒上，所述套筒后盖安装在所述套筒小圆筒后部，用于限制所述弹簧位移；

所述阵列体用于组合反射器单元，所述阵列体一侧为所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构工作面，所述阵列体另一侧为所述反射器单元的弹簧提供支撑面；

所述阵列体与所述驱动机构使用立柱连接、固定。

2.根据权利要求1所述的激光后向反射器阵列相位精密调整机构，其特征在于：所述反射器单元在所述阵列体内阵列方式为正六边形排布、正方形排布、环形排布或圆形排布；所述驱动机构为与所述反射器单元相同阵列方式排布的驱动器。

3.根据权利要求1所述的激光后向反射器阵列相位精密调整机构，其特征在于，所述驱动器为直线电机、测微丝杆、差分调节螺丝或压电陶瓷。

4.一种激光后向反射器阵列相位精密调整机构检测、调整方法，利用权利要求1-3任一项所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构，其特征在于，包括：

步骤一、沿直线依次设置的激光光源、分光镜、透镜、激光后向反射器阵列相位精密调整机构；所述激光光源用于产生激光光源，所述分光镜的第一分光面相对所述激光光源的透射光路上依次设有透镜和激光后向反射器阵列相位精密调整机构，所述分光镜的第二分光面相对所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构的反射光路上设有光探测器，所述激光光源位于所述透镜焦点，所述透镜将所述激光光源转化成平行光，所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构反射面垂直于所述平行光，用于反射所述透镜产生的平行光；

步骤二、所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构用于调整激光后向反射器的前后位置，所述分光镜与所述激光后向反射器相位精密调整机构反射的光束夹角为45度，所述激光后向反射器相位精密调整机构反射的光束通过所述分光镜的第一分光面中心，所述光探测器用于观测激光后向反射器阵列反射光束远场衍射光斑形态。

5.根据权利要求4所述激光后向反射器阵列相位精密调整机构检测、调整方法，其特征在于，所述检测调整方法包括如下步骤：

步骤S1：启动激光光源，激光光源经过透镜转化为平行光；

步骤S2：平行光到达激光后向反射器阵列相位精密调整机构，进行反射；

步骤S3：反射光束经过透镜进行聚焦；

步骤S4：聚焦光束通过分光镜分成两部分，一分光到达成像镜头汇聚成像；

步骤S5：通过光探测器产生的远场光强分布，调整激光后向反射器相位精密调整机构的反射器单元位置。

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