CN113783078B - 一种激光波前探测调整装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光波前探测调整装置，包括：波前校正器，其包括镜片和压电陶瓷柱；激光探测器，其与所述波前校正器的压电陶瓷柱集成设置且所述激光探测器与所述压电陶瓷柱设置在所述镜片同一侧，用于检测直接入射激光束与经反射激光束在所述激光探测器上形成光斑的距离；自控主机，用于根据所述距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压。该装置通过将激光的波前调整结构与激光探测器通过有序穿插的方式结合到一起，减少了系统复杂度，容易集成至各类激光设备中，提高了系统可靠性与实用性。此外，该装置采用两点探测并计算两点之间距离的算法来计算压电信号，测量为相对值，因此更为准确与精度高。

Description

一种激光波前探测调整装置及方法

技术领域

本发明涉及激光波调整领域，特别涉及一种激光波前探测调整装置及方法。

背景技术

激光调制就是利用激光作为载波进行调制的过程。激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递信息的容量很大，加之激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密，激光调制主要可分为内调制和外调制两类。

在激光的外调制领域中，电光调制作为调制设备已在大范围中使用，但是现有的调光设备系统较为复杂，系统性能较低，且存在误差。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种激光波前探测调整装置及方法以解决现有技术激光波前调整存在误差，需要校准，实际使用效率低的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种激光波前探测调整装置，包括：波前校正器，其包括镜片和压电陶瓷柱；激光探测器，其与所述波前校正器的压电陶瓷柱集成设置且所述激光探测器与所述压电陶瓷柱设置在所述镜片同一侧，用于检测直接入射激光束与经反射激光束在所述激光探测器上形成光斑的距离；自控主机，用于根据所述距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压。

进一步地，所述激光探测器包括：支架，其所述波前校正器的压电陶瓷柱集成设置；透镜，其设置在所述支架上，且所述透镜与所述镜片平行；CCD探测器，其所述透镜同轴设置在所述支架上，且所述CCD探测器设置在所述透镜背离所述镜片一侧。

进一步地，所述透镜为凸面镜结构。

进一步地，所述镜片背离所述压电陶瓷柱一侧设置有高反膜，所述镜片靠近所述压电陶瓷柱一侧设置有半反透膜。

进一步地，所述激光探测器与所述压电陶瓷柱均为多个；所述激光探测器与所述压电陶瓷柱间隔阵列排布。

进一步地，所述波前校正器还包括：基底，其设置有插排，所述插排集成有所述激光探测器和所述压电陶瓷柱的导线插口；陶瓷驱动器，其通过所述插排与所述压电陶瓷柱电连接。

进一步地，所述压电陶瓷柱与所述基底固定连接，所述压电陶瓷柱与所述镜片胶性连接。

进一步地，所述基底是由碳化硅材料制作而成。

进一步地，所述自控主机通过所述插排分别与所述CCD探测器和所述陶瓷驱动器电连接。

根据本发明的另一个方面，提供一种激光波前探测调整方法，包括：获取波前校正器的镜片直接入射激光束与经反射激光束在所述镜面平行上形成光斑的距离；根据所述距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压，所述驱动电压用于驱动所述波前校正器调节所述镜片面型。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明通过将激光的波前调整结构与激光探测器通过有序穿插的方式结合到一起，减少了系统复杂度，容易集成至各类激光设备中，提高了系统可靠性与实用性。此外，本发明采用两点探测并计算两点之间距离的算法来计算压电信号，测量为相对值，因此更为准确与精度高。

附图说明

图1是根据本发明一具体实施例的激光波前探测调整装置结构示意图；

图2是根据本发明一具体实施例的镜片结构剖面图；

图3是根据本发明一具体实施例的激光波前探测调整装置俯视图；

图4是根据本发明一具体实施例的光电结构示意图；

图5是根据本发明一具体实施例的垂直激光照射示意图；

图6是根据本发明一具体实施例的有倾角激光照射示意图。

附图标记：

1：装置主体；2：镜片；3：高反膜；4：半反透膜；5：压电陶瓷柱；6：支架；7：透镜；8：CCD探测器；9：基底；10：插排；11：自控主机；12：陶瓷驱动器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明实施例的第一方面提供了一种激光波前探测调整装置，包括：波前校正器，其包括镜片和压电陶瓷柱；激光探测器，其与波前校正器的压电陶瓷柱集成设置且激光探测器与压电陶瓷柱设置在镜片同一侧，用于检测直接入射激光束与经反射激光束在激光探测器上形成光斑的距离；自控主机，用于根据距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压。

经发明人研究现有的调光设备探测和压电陶瓷促动镜片为分开结构，系统较为复杂，同时现有技术为了匹配探测和镜片上的光束大小，需要引入庞大且带有像差的光束变换系统，增加了系统复杂度降低了系统性能，而由于现有系统因为探测和促动分开，容易将集成误差引入整个调节设备，因此需要在线校准，将造成调制工作人员的工作效率低下，影响实际使用效率。

上述实施例装置通过将激光的波前调整结构与激光探测器通过有序穿插的方式结合到一起，减少了系统复杂度，容易集成至各类激光设备中，提高了系统可靠性与实用性。此外，该装置采用两点探测并计算两点之间距离的算法来计算压电信号，测量为相对值，因此更为准确与精度高。

可选的，激光探测器包括：支架，其波前校正器的压电陶瓷柱集成设置；透镜，其设置在支架上，且透镜与镜片平行；CCD探测器，其透镜同轴设置在支架上，且CCD探测器设置在透镜背离镜片一侧。

可选的，透镜为凸面镜结构。

可选的，镜片背离压电陶瓷柱一侧设置有高反膜，镜片靠近压电陶瓷柱一侧设置有半反透膜。采用主镜片采样的方式对激光进行探测，主镜片前端镀有高反膜，后端镀有半反半透膜，采用透射光线与反射光线在有夹角的入射情况下不同转折的特点，区分开垂直入入射还是带夹角入射，因一体化设备的探测和促动在同一大小的镜片上进行，不需要引入额外的光束变化装置，在离线校准后则不再需要在线校准，方便实时检测。

可选的，激光探测器与压电陶瓷柱均为多个；激光探测器与压电陶瓷柱间隔阵列排布。进一步的，压电陶瓷柱不少于5个，保证对镜片的精准调节。

可选的，波前校正器还包括：基底，其设置有插排，插排集成有激光探测器和压电陶瓷柱的导线插口；陶瓷驱动器，其通过插排与压电陶瓷柱电连接。

可选的，压电陶瓷柱与基底固定连接，压电陶瓷柱与镜片胶性连接。

可选的，基底是由碳化硅材料制作而成。

可选的，自控主机通过插排分别与CCD探测器和陶瓷驱动器电连接。

在本发明实施例的另一个方面，提供一种激光波前探测调整方法，包括：

S1：获取波前校正器的镜片直接入射激光束与经反射激光束在镜面平行上形成光斑的距离；

S2：根据距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压，驱动电压用于驱动波前校正器调节所述镜片面型。

如图1-6所示，在本发明一具体实施例中，提供一种激光波前探测调整一体化装置，包括装置主体1，装置主体1的顶端安装有镜片2，镜片2的顶端表面设置有高反膜3，镜片2的底端表面设置有半反透膜4，镜片2的底端安装有压电陶瓷柱5，压电陶瓷柱5的个数不少于五个，压电陶瓷柱5的一侧安装有支架6，支架6的顶端安装有透镜7，透镜7的底侧安装有CCD探测器8，压电陶瓷柱5的底端安装有基底9，基底9的一侧表面设置有插排10，基底9的一侧安装有自控主机11，自控主机11的底端安装有陶瓷驱动器12。

具体的，支架6为长方体框架结构，支架6和压电陶瓷柱5分别与基底9为固定连接，支架6和压电陶瓷柱5呈前后左右交错设置，镜片2和压电陶瓷柱5为胶性连接，使支架6采用陶瓷钢材料制作为框架结构，表面涂覆绝缘涂料，固定至基底9的表面，在压电陶瓷柱5通电后可避免通电影响，同时较强硬度可增加其使用寿命。

基底9是由碳化硅材料制作而成，基底9和镜片2通过压电陶瓷柱5固定连接，支架6分别与透镜7和CCD探测器8固定连接，透镜7和CCD探测器8为上下同一垂直线上设置，透镜7为凸面镜结构设置，使镜片2采用融石英材料制作，作为晶体材料放置于最顶层，并在其顶端表面镀上高反膜3，底端表面镀上半反透膜4，实现其顶端的反射功能，透镜7则采用K9玻璃制作，保证长期的透射效果。

CCD探测器8的导线经基底9内部和插排10电性连接，且设置于插排10上层插口，压电陶瓷柱5的导线经基底9内部和插排10电性连接，且设置于插排10下层插口，CCD探测器8通过插排10和自控主机11电性连接，自控主机11和陶瓷驱动器12电性连接，陶瓷驱动器12通过插排10和压电陶瓷柱5电性连接，使CCD探测器8和压电陶瓷柱5均通过插排10集成，将复数的CCD探测器8和压电陶瓷柱5所引出的导线均设置于插排10上，方便统一与自控主机11和陶瓷驱动器12电性连接。

陶瓷驱动器12的型号为ATA-2161，自控主机11内部设置有MCU微控芯片和继电器，MCU微控芯片的型号为STM32，MCU微控芯片内部搭载有中心特征快速提取算法，使自控主机11在接收到CCD探测器8所传递的光斑信号后，可通过MCU微控芯片内部的芯片对其距离进行运算，随后经由继电器控制陶瓷驱动器12对压电陶瓷柱5加压，使压电陶瓷柱5产生形变。

具体的，在激光照射到镜片2上以后，由于镜片2上表面为高反膜3，大部分能量被反射走，小部分能量则透过镜片2内侧，经过镜片2的半反透膜4后，一半直接通过透镜8聚焦到CCD探测器8上，另一半反射回去后又被镜片2前表面高反膜3反射后经过半反透膜4进入聚焦透镜7打入CCD探测器8中，如图6所示，形成α和β两个不同的射线的光斑，这两部分的功率比例为2:1，可经CCD探测器8探测他们的光斑相对位置。

信号计算的方法主要是通过与CCD探测器8电性连接的自控主机11内部搭载算法处理，根据同一处光在CCD探测器8上形成的前两级光斑的相对位置来进行计算。

如图5所示，当光线正入射，也就是激光波前与镜片2面型完全耦合的情况下，反射波前为想要得到的平面波，激光波前被完全调整好，在每个CCD探测器8上的光斑都重合在一起。

如图6所示，当激光斜入射的情况下，波前没有被调整好，光线α和β之间存在夹角，因此在CCD上的光斑存在距离，CCD探测器8则将α和β在其表面投射的光斑信息传输至自控主机11，自控主机11根据MCU微控芯片内部搭载的中心特征快速提取算法进行计算，从而得出具体距离信息，随后控制和自控主机11电性连接的陶瓷驱动器12，使陶瓷驱动器12产生电压，施加到压电陶瓷柱5后可以使压电陶瓷柱5产生变形，由于压电陶瓷柱5精密粘接固定在镜片2上，因此可以带动镜片2产生不同的面型，从而改变反射激光的波前，实现改变α和β之间的射入角度，从而达到改变光线α和β在CCD探测器8上形成的光斑距离，同时在实际使用时，光线α和β的位置不一定需要完全重合，而是采用事先标定的值。

装置主体1则在使用时，首先通过一束标准激光去校准CCD探测器8上的光斑位置，校准完毕后就可以使用庄主主体1去测量和调整其他激光尽量像标准激光，其结构简单，通过将探测和调整结构集成为同一种设备方便使用，于自控主机11内部亦可扩展搭载其他的系统结构，如LSTM神经网络系统，经测试得到陶瓷驱动器12与光斑距离之间的关系后，即可得出所需的电压驱动大小，方便进一步扩展使用。

本发明旨在保护一种激光波前探测调整装置，包括：波前校正器，其包括镜片和压电陶瓷柱；激光探测器，其与所述波前校正器的压电陶瓷柱集成设置且所述激光探测器与所述压电陶瓷柱设置在所述镜片同一侧，用于检测直接入射激光束与经反射激光束在所述激光探测器上形成光斑的距离；自控主机，用于根据所述距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压。该装置通过将激光的波前调整结构与激光探测器通过有序穿插的方式结合到一起，减少了系统复杂度，容易集成至各类激光设备中，提高了系统可靠性与实用性。此外，该装置采用两点探测并计算两点之间距离的算法来计算压电信号，测量为相对值，因此更为准确与精度高。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种激光波前探测调整装置，其特征在于，包括：

波前校正器，其包括镜片和压电陶瓷柱；

激光探测器，其与所述波前校正器的压电陶瓷柱集成设置且所述激光探测器与所述压电陶瓷柱设置在所述镜片同一侧，用于检测直接入射激光束与经反射激光束在所述激光探测器上形成光斑的距离；所述激光探测器与所述压电陶瓷柱前后交错设置；所述镜片背离所述压电陶瓷柱设高反膜，靠近所述压电陶瓷柱设半反透膜；

自控主机，用于根据所述距离计算驱动电压值，并根据该驱动电压值调节波前校正器的驱动电压，驱动电压使压电陶瓷柱变形，压电陶瓷柱粘接固定在镜片上，以带动镜片产生不同面型。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光探测器包括：

支架，其与所述波前校正器的压电陶瓷柱集成设置；

透镜，其设置在所述支架上，且所述透镜与所述镜片平行；

CCD探测器，其所述透镜同轴设置在所述支架上，且所述CCD探测器设置在所述透镜背离所述镜片一侧。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述透镜为凸面镜结构。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光探测器与所述压电陶瓷柱均为多个；

所述激光探测器与所述压电陶瓷柱间隔阵列排布。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波前校正器还包括：

基底，其设置有插排，所述插排集成有所述激光探测器和所述压电陶瓷柱的导线插口；

陶瓷驱动器，其通过所述插排与所述压电陶瓷柱电连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压电陶瓷柱与所述基底固定连接，所述压电陶瓷柱与所述镜片胶性连接。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述基底是由碳化硅材料制作而成。

Images