CN113985621B - 一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法 - Google Patents
一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种大口径离轴抛物面镜的装调方法，本发明的装调方法，利用光栅分束器将入射点光源分为水平和垂直方向两两对称、且参数一致的四束光；该四束光经分光元件透射后入射到待装调的离轴抛物面镜上；使经该离轴抛物面镜反射的四束平行光束按原光路返回至该离轴抛物面镜；经该离轴抛物面镜再次反射后，入射至所述的分光元件，经该分光元件反射后，由成像模块接收并成像；通过调节离轴抛物面镜的姿态，使成像模块靶面上的四个光斑位置重合，从而完成对离轴抛物面镜的调节。本发明的装调方法光路简单、体积小、无需借助辅助设备，经过迭代可快速收敛至理想状态完成离轴抛物面镜的姿态调节。
Description
技术领域
本发明属于高功率激光领域，具体涉及到一种大口径离轴抛物面镜的装调方法，尤其涉及到一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法。
背景技术
在超短激光系统中，需要将大口径宽带光聚焦成小尺寸光斑以期获得更高的能量密度。离轴抛物面镜作为皮秒激光装置的聚焦元件，以简单的面形实现宽带光高质量的无色差聚焦；可有效地防止压缩后光束的B积分和色散产生，以及光学非线性对高能短脉冲脉宽的影响。与同轴系统相比，离轴抛物面镜能够实现中心无遮挡的光束聚焦，靶点和相关探测系统不会被入射光遮挡，从而实现靶面照明功能。作为反射型元件，离轴抛物面无色差，且焦点与无穷远处为一对共轭齐明点，不会产生单色像差。同球面对称光学元件相比，离轴抛物面镜的装调相对比较困难，因此设计了一种装调方法，可以实现离轴抛物面反射镜的快速精密装调。
发明内容
本发明的目的是为了弥补先前技术上的不足，从而实现对大口径离轴抛物面镜的精密装调。
本发明的技术方案如下：
一种大口径离轴抛物面镜的装调方法，利用光栅分束器(4)将入射点光源分为水平和垂直方向两两对称、且参数一致的四束光；该四束光经分光元件(5)透射后入射到待装调的离轴抛物面镜(6)上；使经该离轴抛物面镜(6)反射的四束平行光束按原光路返回至该离轴抛物面镜(6)；经该离轴抛物面镜(6)再次反射后，入射至所述的分光元件(5)，经该分光元件(5)反射后，由成像模块接收并成像；通过调节离轴抛物面镜(6)的姿态，使成像模块靶面上的四个光斑位置重合，从而完成对离轴抛物面镜(6)的调节。
作为优选，所述激光器为连续激光器，波长为λ，输出光束直径为Dlaser；
作为优选，所述光栅分束器为偶数次分束，周期为Γ，光束分离角为2α，衍射级次为m，则有
作为优选，所述激光器的输出光束直径至少为光栅分束器周期的1.5倍，即D≥1.5Γ；
作为优选，所述离轴抛物面镜口径为Dp，焦距为f；所述聚焦透镜的数值孔径为nsinθ；所述离轴抛物面镜与聚焦透镜、光栅分束器之间存在如下匹配关系：Dp＞2ftan(α+θ)；
作为优选，所述滤波小孔位于聚焦透镜的焦面处；
作为优选，所述孔径光阑位于离轴抛物面的焦面处；
作为优选，所述孔径光阑与相机靶面互为共轭；
作为优选，所述分光元件的分束比为1∶10。
一种大口径离轴抛物面镜的装调方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将离轴抛物面镜安装在调整架上，以调整架底座中心为坐标原点(0，0)，根据离轴抛物面镜(6)的离轴量d，离轴角α和焦距f计算出各元件的位置坐标，并将各元件固定于位置坐标处；
步骤2，激光器发出的光依次经过聚焦透镜、滤波小孔、光栅分束器、分光元件、离轴抛物面镜到达反射元件，经反射元件返回后再次经过离轴抛物面镜、分光元件反射后聚焦在孔径光阑处；所述滤波小孔位于聚焦透镜的焦面处；所述孔径光阑位于离轴抛物面镜的焦面处；
步骤3，在孔径光阑后放置一接收屏，粗调调整架调节旋钮，使光斑在小孔光阑处重合；
步骤4，移开接收屏，将成像透镜和相机移入光路，孔径光阑与相机靶面互为共轭；
步骤5，观察相机靶面上的光斑，当离轴抛物面镜处于理想状态时，四个光斑重合为一个光斑且居于靶面中心；当存在角度及偏心误差时，光斑会偏离靶心且彼此分开；
步骤6，调节俯仰旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤7，调节方位旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤8，调节面内旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤9，调节X轴高度旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤10，调节Y轴高度旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤11，观察光斑的形态及位置，重复步骤6～步骤10，直至光斑重合且居于相机靶心位置。
与现有技术相比，本发明存在以下优点：
针对大口径长焦距的离轴抛物面镜，自重大、焦距长，传统装调方案光路复杂难以实施，本发明的装调方法光路简单、体积小、无需借助辅助设备，可实现在线实时装调；
本发明的装调方法使用光栅分束器可同时得到四束参数一致的细光束，通过光斑位置判断离轴抛物面镜的姿态，经过迭代可快速收敛至理想状态完成离轴抛物面镜的姿态调节，调节精度可达20μrad以内。
附图说明
图1为本发明的离轴抛物面镜装调光路示意图
图2为本发明的离轴抛物面镜镜面光斑示意图
图3为本发明的离轴抛物面镜存在俯仰角度偏差相机靶面光斑示意图
图4为本发明的离轴抛物面镜存在方位角度偏差相机靶面光斑示意图
图5为本发明的离轴抛物面镜存在面内角度偏差相机靶面光斑示意图
图6为本发明的离轴抛物面镜存在中心偏差(X轴)相机靶面光斑示意图
图7为本发明的离轴抛物面镜存在中心偏差(Y轴)相机靶面光斑示意图
图8为本发明的离轴抛物面镜理想姿态下的相机靶面光斑示意图
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
下面对本发明具体实施方式所提供的技术方案进行进一步说明。
本实施例提供一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜装调方法。如图1所示，激光器1发出的细光束经聚焦透镜2聚焦后穿过滤波小孔3，再经光栅分束器4进行四分束，得到水平和垂直方向两两对称、且参数一致的四束光，该四束光经分光元件5透射后入射到待装调的离轴抛物面镜6上；使经该离轴抛物面镜6反射的四束平行光束按原光路返回至该离轴抛物面镜6；经该离轴抛物面镜6再次反射后，入射至所述的分光元件5，经该分光元件5反射后，聚焦在孔径光阑8处，再经成像透镜9成像至相机10。通过调节离轴抛物面镜(6)的姿态，使相机10靶面上的四个光斑位置重合，从而完成对离轴抛物面镜(6)的调节。
作为优选，所述激光器1为连续激光器，波长为1053nm；所述聚焦透镜2焦距为230mm；所述滤波小孔3位于聚焦透镜2的焦面处；所述光栅分束器4为2×2分束，分离角为1.08°；所述分光元件5的分束比为1：10；所述离轴抛物面镜6的焦距为9m，口径为600mm×400mm；所述孔径光阑8位于离轴抛物面6的焦面处；所述孔径光阑8与相机10的靶面互为共轭。
本实施例大口径离轴抛物面镜的装调方法，具体包括以下步骤：
步骤1将离轴抛物面镜6安装在调整架上，以调整架底座中心为坐标原点，根据离轴抛物面镜(6)的离轴量和焦距计算出各元件的位置坐标，并将各元件置于预设位置处；
步骤2，激光器1发出的光依次经过聚焦透镜2、滤波小孔3、光栅分束器4、分光元件5、离轴抛物面镜6到达角锥镜7，经角锥镜7返回后再次经过离轴抛物面镜6、分光元件5反射后聚焦在孔径光阑8处；所述滤波小孔3位于聚焦透镜2的焦面处；所述孔径光阑8位于离轴抛物面镜6的焦面处；
步骤3，在孔径光阑8后放置一接收屏11，粗调调整架调节旋钮，使光斑在孔径光阑处8重合；
步骤4，移开接收屏11，将成像透镜9和相机10移入光路，孔径光阑8与相机10的靶面互为共轭；
步骤5，观察相机10靶面上的光斑，当离轴抛物面镜6处于理想状态时，四个光斑重合为一个光斑且居于靶面中心；当存在角度及偏心误差时，光斑会偏离靶心且彼此分开；
步骤6，调节俯仰旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机10靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤7，调节方位旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机10靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤8，调节面内旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机10靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤9，调节X轴高度旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机10靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤10，调节Y轴高度旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机10靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤11，观察光斑的形态及位置，重复步骤6～步骤10，直至光斑重合且居于相机10靶心位置。
Claims (10)
1.一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，
利用光栅分束器(4)将入射点光源分为水平和垂直方向两两对称、且参数一致的四束光；
该四束光经分光元件(5)透射后入射到待装调的离轴抛物面镜(6)上；
使经该离轴抛物面镜(6)反射的四束平行光束按原光路返回至该离轴抛物面镜(6)；
经该离轴抛物面镜(6)再次反射后，入射至所述的分光元件(5)，经该分光元件(5)反射后，由成像模块接收并成像；
通过调节离轴抛物面镜(6)的姿态，使成像模块靶面上的四个光斑位置重合，从而完成对离轴抛物面镜(6)的调节；
离轴抛物面镜(6)安装在调整架上，激光器(1)发出的光依次经过聚焦透镜(2)、滤波小孔(3)、光栅分束器(4)、分光元件(5)、离轴抛物面镜(6)到达反射元件(7)，经反射元件(7)返回后再次经过离轴抛物面镜(6)、分光元件(5)反射后聚焦在孔径光阑(8)处；所述滤波小孔(3)位于聚焦透镜(2)的焦面处；所述孔径光阑(8)位于离轴抛物面镜(6)的焦面处；在孔径光阑(8)后放置一接收屏(11)，粗调调整架调节旋钮，使光斑在孔径光阑(8)处重合；移开接收屏(11)，将成像透镜(9)和相机(10)移入光路，孔径光阑(8)与相机(10)靶面互为共轭；观察相机(10)靶面上的光斑，当离轴抛物面镜(6)处于理想状态时，四个光斑重合为一个光斑且居于靶面中心；当存在角度及偏心误差时，光斑会偏离靶心且彼此分开。
2.根据权利要求1所述的基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述的四束光的参数包括波长、光束口径、发散角和光束波前。
3.根据权利要求1所述的基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，利用反射元件使四束平行光束按原光路返回至该离轴抛物面镜(6)。
4.根据权利要求1所述的基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述的点光源由激光器(1)、聚焦透镜(2)和滤波小孔(3)产生，所述滤波小孔(3)位于聚焦透镜(2)的焦面处，经所述的激光器(1)发出的细光束经聚焦透镜(2)聚焦后穿过滤波小孔(3)入射至所述的光栅分束器(4)。
5.根据权利要求1所述的基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述的成像模块包括孔径光阑(8)、成像透镜(9)和相机(10)；所述孔径光阑(8)位于离轴抛物面的焦面，且与相机(10)靶面互为共轭，经所述的分光元件(5)反射后的光束聚焦在所述的孔径光阑(8)处，再经成像透镜(9)成像至相机(10)。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述的光栅分束器(4)为偶数次分束，周期为Γ，光束分离角为2α，衍射级次为m，则有
7.根据权利要求4所述的一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述的激光器(1)为连续激光器，波长为λ，输出光束直径为Dlaser；所述激光器(1)的输出光束直径至少为光栅分束器(4)周期的1.5倍，即D≥1.5Γ。
8.根据权利要求1或4所述的一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述离轴抛物面镜(6)口径为Dp，焦距为f；所述聚焦透镜(2)的数值孔径为nsinθ；所述离轴抛物面镜(6)与聚焦透镜(2)、光栅分束器(4)之间存在如下匹配关系：Dp>2ftan(α+θ)。
9.根据权利要求1-5任一所述的一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，所述分光元件(5)的分束比为1:10。
10.根据权利要求1-5任一所述的一种基于光栅分束器的大口径离轴抛物面镜的装调方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将离轴抛物面镜(6)安装在调整架上，以调整架底座中心为坐标原点(0,0)，根据离轴抛物面镜(6)的离轴量d，离轴角α和焦距f计算出各元件的位置坐标，并将各元件固定于位置坐标处；
步骤2，激光器(1)发出的光依次经过聚焦透镜(2)、滤波小孔(3)、光栅分束器(4)、分光元件(5)、离轴抛物面镜(6)到达反射元件(7)，经反射元件(7)返回后再次经过离轴抛物面镜(6)、分光元件(5)反射后聚焦在孔径光阑(8)处；所述滤波小孔(3)位于聚焦透镜(2)的焦面处；所述孔径光阑(8)位于离轴抛物面镜(6)的焦面处；
步骤3，在孔径光阑(8)后放置一接收屏(11)，粗调调整架调节旋钮，使光斑在孔径光阑(8)处重合；
步骤4，移开接收屏(11)，将成像透镜(9)和相机(10)移入光路，孔径光阑(8)与相机(10)靶面互为共轭；
步骤5，观察相机(10)靶面上的光斑，当离轴抛物面镜(6)处于理想状态时，四个光斑重合为一个光斑且居于靶面中心；当存在角度及偏心误差时，光斑会偏离靶心且彼此分开；
步骤6，调节俯仰旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机(10)靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤7，调节方位旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机(10)靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤8，调节面内旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机(10)靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤9，调节X轴高度旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机(10)靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤10，调节Y轴高度旋钮，若光斑只有一个，使光斑居于相机(10)靶面中心；若光斑分开多个，则使光斑对称分布于靶心；
步骤11，观察光斑的形态及位置，重复步骤6～步骤10，直至光斑重合且居于相机靶心位置。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103293678A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-09-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于超连续谱光源的均匀激光照明装置 |
| CN103487916A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-01 | 浙江师范大学 | 基于高分辨科学ccd相机的离轴抛物面镜调节方法 |
| CN103777476A (zh) * | 2012-10-19 | 2014-05-07 | 上海微电子装备有限公司 | 一种离轴对准系统及对准方法 |
| CN104393486A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-03-04 | 厦门大学 | 一种外腔半导体激光器光路调整装置及调整方法 |
| CN107421910A (zh) * | 2017-06-24 | 2017-12-01 | 天津大学 | 基于波面倾斜方法的超短脉冲泵浦的太赫兹强场系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6628385B1 (en) * | 1999-02-05 | 2003-09-30 | Axon Instruments, Inc. | High efficiency, large field scanning microscope |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103777476A (zh) * | 2012-10-19 | 2014-05-07 | 上海微电子装备有限公司 | 一种离轴对准系统及对准方法 |
| CN103293678A (zh) * | 2013-06-04 | 2013-09-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 基于超连续谱光源的均匀激光照明装置 |
| CN103487916A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-01 | 浙江师范大学 | 基于高分辨科学ccd相机的离轴抛物面镜调节方法 |
| CN104393486A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-03-04 | 厦门大学 | 一种外腔半导体激光器光路调整装置及调整方法 |
| CN107421910A (zh) * | 2017-06-24 | 2017-12-01 | 天津大学 | 基于波面倾斜方法的超短脉冲泵浦的太赫兹强场系统 |
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