CN112197943B - 一种用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法。该方法首先通过投线仪对小孔板的轴线位置进行标定；调节激光器输出光束与所述小孔板轴线高度一致，并且使得激光器输出光斑与投线仪投射光线的十字插丝重合；通过观察经光栅的返回光斑是否与输出光斑重合，确立光栅的俯仰、偏摆位置；通过投线仪调节透镜组件与光栅的相对位置精度；调节真空外远程成像系统的空间位置；通过成像系统精调小孔板和光栅的精确工作位置，最终确定光源LED的位置。本发明提供的方法能够提高准直精度，减少因空间干涉问题带来的在线调试难度，避免在线调试过程中对空间滤波器环境的污染等。本发明具有操作简单，易于调整，调整精度高等优点。

Description

一种用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法
技术领域
本发明属于高功率激光准直领域，涉及一种适用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法。
背景技术
随着激光聚变研究的不断深入，对高功率固体激光驱动器提出了越来越高的要求。同时，由于高功率固体激光器的功率不断提高，系统结构更加复杂，人们对其可靠性以及可操作性和易维护性上也提出了越来越高的要求。自动准直系统，尤其是远场自动准直系统是保证该类型驱动器正常运行的关键子系统，远场准直系统的精度和可靠性不仅是保证打靶精度的关键所在，同时也是防止激光堵孔、提高近场和远场光束质量、保证系统安全的重要因素。
在高功率激光系统中，光束远场通常指的是光束经过透镜会聚之后的焦斑。远场的横向位置信息对应于光束的指向信息。远场的控制精度和稳定性直接决定光束到达靶室中靶球处的打靶精度。同时，空间滤波器中的远场控制精度与光束近场和远场质量有着密切的关系。高精度的远场准直控制是实现空间滤波器功能的必要条件。为保证远场控制系统的精度和稳定性要求，除以限位限制的电动平移机构外空间滤波器中远场控制系统的调节机构多采用硬调节机构，这样虽然大大增加了系统的稳定性能，但却提高了离线、在线调试的难度，以往的离线调试方法只是对硬件结构的初始校对、安装固定，结构上可能存在整体光学系统在水平、垂直方向的偏转，在线观测时很难找到光栅及光斑图形，系统的精度及在线调试效率较低。
发明内容
本发明旨在克服现有离线调试步骤简单导致总体远场调试精度低下、在线调试困难等问题，本发明采用以下技术方案：
一种适用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法，其特点在于，包括以下步骤：
1)通过二维微移动机构，使得小孔板中心轴线与准直机构平台两侧的中心点A和B连线重合，同时，调节所述准直机构平台的高度，使得所述小孔板中心高度与在线远场光路中心高度一致；
2)将第一投线仪和第二投线仪分别置于所述准直机构平台顺光轴的两侧，调整所述第一投线仪和第二投线仪的高度位置、水平位置和偏摆角度，使得所述第一投线仪和第二投线仪的垂直投线与所述准直机构平台两侧中心线重合，且所述第一投线仪和第二投线仪水平方向投射光线与所述小孔板中心轴线重合；
3)将激光器固定于调整架上，放置于所述第一投线仪和第二投线仪中间靠近光栅方向位置，调整所述调整架的高度确保所述激光器输出光束与所述小孔板轴线高度一致；通过调节所述调整架，使得所述激光器输出光斑与所述第二投线仪投射光线的十字插丝重合；
4)将光栅移入，通过观察所述激光器输出光斑是否在所述光栅中心，将所述光栅粗调至中心，然后观察经所述光栅的返回光斑是否与输出光斑重合，若不重合调整所述光栅的俯仰及偏摆直至输出光斑与返回光斑完全重合，初步确定所述光栅位置；
5)移动所述第一投线仪的位置，使得所述第一投线仪投射光线的十字叉丝中心与光栅的1级衍射光线重合，固定所述第一投线仪位置C处；
6)利用所述第一投线仪标定的十字插丝确定导光透镜组件1的固定位置及偏摆角度，确保所述导光透镜组件两侧透镜中心与十字插丝中心点重合；
7)调节真空外远场成像系统的高度及水平度，确保所述真空外远程成像系统感光面中心高度与所述小孔板及导光透镜组件的中心高度一致；
8)连接所述真空外远场成像系统的图像采样系统，通过所述二维微移动机构，移动所述小孔板水平垂直位置对光斑进行遮挡，通过卡光位置移动步数计算，确定精确的所述小孔板位置，确定所述小孔板最终位置；
9)对所述光栅插入方向限位位置的调整，将光栅标识与光斑中心误差调整到一个像素范围内，固定所述光栅的最终位置；
10)调整LED光源的照明角度，直至照明光均匀的照明整个所述光栅7，固定LED光源位置。
至此离线调试结束，经这样调试的远场准直结构放置于空间滤波器内仅需要连接真空外远场成像系统观测，对空间滤波器内成像架构的高度偏摆进行简单调整复位即可，大大减小了在线调试的调试时间，同时也避免了因空间问题在在线调试过程中对空间滤波器内环境的污染及对光路中其他元件的碰撞。
本发明的技术效果：
本发明通过高精度离线调试方法，克服了在线调试空间狭小，调节效率低下等问题。通过本发明提供的高效、高精度的远场准直系统离线调试方法有效的减少了在线调试时间，及调试难度，真的实现了快速在线耦合复位问题，大大降低了因在线空间及系统无软调节机构带来的在线调试难度问题，同时也避免了因空间问题在在线调试过程中对空间滤波器内环境的污染及对光路中其他元件的碰撞。本发明具有操作简单，易于调整，调整精度高等优点。
附图说明
图1为本发明所述的适用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法示意图。
图1中：1、第一投线仪，2、第二投线仪，3、激光器，4、调整架，5、准直机构平台，6、小孔板，7、光栅，8、LED光源，9、二维微移动机构， 10、导光透镜组件，11、真空外远场成像系统。
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，以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
请参阅图1，图1展示了本发明所述的一种适用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法，包括以下步骤：
1.标定远场准直机构平台5两侧的中心点A和B；
2.将光栅7移出，通过二维微移动机构9调节小孔板6的位置，使得小孔板6中心轴线与准直机构平台5底板两侧的中心点A和B连线一致；同时，调节准直机构平台5的高度，使得远场准直机构平台的小孔板中心高度与在线远场光路中心高度一致；
3.把第一投线仪1和第二投线仪2分别置于准直机构平台5顺光轴的两侧，调整投线仪的高度位置、水平位置和偏摆角度，使得两个投线仪的垂直投线与准直机构平台5两侧中心线重合，且投线仪水平方向投射光线与小孔板中心轴线重合；
4.将激光器3固定于五维调整架4上，放置于两个投线仪中间位置，近光栅方向；调整调整架4的高度确保激光器3输出光束与小孔轴线高度一致；通过调节五维调整架4，使得激光器输出光斑与第二投线仪2投射光线的十字插丝重合；
5.将光栅7移入，通过观察激光器输出光斑是否在光栅中心，将光栅 7调整到大概位置，然后观察经光栅的返回光斑是否与输出光斑重合，若不重合调整光栅的俯仰及偏摆直至输出光斑与返回光斑完全重合，锁定光栅7 位置；
6.移动第一投线仪1的位置，使得投线仪投射光线的十字叉丝中心与光栅的1级衍射光线重合，固定投线仪位置，如图1中C处；
7.利用第一投线仪1标定的十字插丝确定导光透镜组件10的固定位置及偏摆角度，确保导光透镜组件10两侧透镜中心与十字插丝中心点重合；
8.调节真空外远场成像系统11的高度及水平度，确保成像系统感光面中心高度与小孔板6及导光透镜组件10的中心高度一致；
9.连接真空外远场成像系统11的图像处理模块，观察光栅及光斑位置，移动小孔板6水平垂直位置对光斑进行遮挡，通过卡光位置移动步数计算，确定精确的小孔板6位置，确定小孔板6最终位置；
10.通过对光栅插入方向限位位置的调整，将光栅标识与光斑中心误差调整到一个像素范围内(8μm)，固定光栅7位置；
11.调整照明LED光源8的照明角度，直至照明光均匀的照明整个光栅，固定照明LED光源8位置。
至此离线调试结束，经这样调试的远场准直结构放置于空间滤波器内仅需要连接真空外远场成像系统观测，对空间滤波器内成像架构的高度偏摆进行简单调整复位即可，大大减小了在线调试的调试时间，同时也避免了因空间问题在在线调试过程中对空间滤波器内环境的污染及对光路中其他元件的碰撞。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种适用于高功率激光器远场成像系统的高精度离线调试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调节高功率激光器远场成像系统：通过二维微移动机构(9)，使得小孔板(6)中心轴线与准直机构平台(5)中心线(AB)重合；同时，调节所述准直机构平台(5)的高度，使得所述小孔板(6)中心高度与在线远场光路中心高度一致；
2)构建调试光路：沿光路方向将第一投线仪(1)和第二投线仪(2)分别置于所述准直机构平台(5)的两侧，调整所述第一投线仪(1)和第二投线仪(2)的高度位置、水平位置和偏摆角度，使得所述第一投线仪(1)和第二投线仪(2)的垂直投线与所述准直机构平台(5)中心线重合，且所述第一投线仪(1)和第二投线仪(2)水平方向投射光线与所述小孔板(6)中心轴线重合；
3)将激光器(3)固定于调整架(4)上，放置于所述第一投线仪(1)和第二投线仪(2)之间，且靠近所述第一投线仪(1)的位置；调整所述调整架(4)的高度，确保所述激光器(3)输出光束与所述小孔板(6)轴线高度一致；调节所述调整架(4)的方向，使得所述激光器(3)输出光斑与所述第二投线仪(2)投射光线的十字插丝重合；
4)将光栅(7)移入，通过观察所述激光器(3)输出光斑是否在所述光栅(7)中心，将所述光栅(7)粗调至中心位置，然后观察经所述光栅(7)的返回光斑是否与输出光斑重合，若不重合调整所述光栅(7)的俯仰及偏摆直至输出光斑与返回光斑完全重合，初步确定所述光栅(7)位置；
5)移动所述第一投线仪(1)的位置，使得所述第一投线仪(1)投射光线的十字叉丝中心与所述光栅(7)的1级衍射光线重合，固定所述第一投线仪(1)位置；
6)利用所述第一投线仪(1)标定的十字插丝确定导光透镜组件(10)的固定位置及偏摆角度，确保所述导光透镜组件(10)两侧透镜中心与十字插丝中心点重合；
7)调节真空外远场成像系统(11)的高度及水平度，确保所述真空外远程成像系统(11)感光面中心高度与所述小孔板(6)及导光透镜组件(10)的中心高度一致；
8)连接所述真空外远场成像系统(11)，通过观测所述真空外远场成像系统(11)远场采样光斑与所述小孔板(6)的相对位置，通过所述二维微移动机构(9)移动所述小孔板(6)水平垂直位置对光斑进行遮挡，通过对遮挡位置移动步数计算，确定所述小孔板(6)精确位置；
9)对所述光栅(7)插入方向限位位置的调整，将光栅标识与光斑中心误差调整到一个像素范围内，固定所述光栅(7)的最终位置；
10)调整LED光源(8)的照明角度，直至照明光均匀的照明所述光栅(7)，固定LED光源(8)位置。
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