CN205785074U - 基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，由按照光路设置的激光器、镜面‑透射反射系统、导轨滑台系统及探测系统构成；镜面‑透射反射测量系统由半透半反镜a，半透半反镜b、平面镜片、全反射镜a、全反射镜b、扩束系统a及扩束系统b构成；导轨滑台系统由导轨底座、滑台、丝杠、步进电机、手动旋钮及刀口构成；探测系统由功率探测器及PIN光电二极管探测器构成。本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，能实现对激光光斑宽度的高精度、快速及自动测量。

Description

基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置

技术领域

本实用新型属于激光光斑宽度测量装置技术领域，具体涉及一种基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置。

背景技术

就现有技术而言，在激光光斑宽度的测量方面一般采用的方法有：套筒法、刀口法及CCD测量方法等，然而这些现有的方法在实际的使用中各具有优缺点。其中，套筒法对测量调件要求很高，一般很难实现。CCD方法对于被测激光器以及CCD器件的要求较高。刀口法目前的缺点主要是采用手工测量，测试精度较低，另外，刀口法整个过程比较麻烦，测量结果的重复性对比差，对于测试人员的测试技能要求较高。

由此可见，在面对微米级别的激光光斑宽度测量面前，目前存在很大的技术问题。迈克尔逊干涉测量方法却在精密测量方面有着非常重要的应用。

将迈克尔逊干涉仪测量原理应用在刀口仪器的精密移动测量方面，并通过对导轨滑台系统的自动控制，就能实现对激光光斑宽度的高精度、快速及自动测量，并具有手工测量的灵活特点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，能实现对激光光斑宽度的高精度、快速及自动测量。

本实用新型所采用的技术方案是，基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，由按照光路设置的激光器、镜面-透射反射系统、导轨滑台系统及探测系统构成；镜面-透射反射测量系统由半透半反镜a，半透半反镜b、平面镜片、全反射镜a、全反射镜b、扩束系统a及扩束系统b构成；导轨滑台系统由导轨底座、滑台、丝杠、步进电机、手动旋钮及刀口构成；探测系统由功率探测器及PIN光电二极管探测器构成。

本实用新型的特点还在于：

靠近激光器的输出端处倾斜的设置有半透半反镜a，半透半反镜a用于将激光器的输出光分成第一透过光束和第一反射光束，在第一透过光束的传播路径上设置有功率探测器，使透过半透半反镜a的第一透过光束经过导轨滑台系统内的刀口后能恰好照射在功率探测器上，在第一反射光束的传播方向上依次设置有扩束系统a、半透半反镜b，扩束系统a用于将经半透半反镜a反射的第一反射光束进行扩束，半透半反镜b能将扩束后的光分成第二透过光束和第二反射光束，在第二透过光束的传播路径上设置有全反射镜，且全反射镜b与导轨滑台系统连接，第二透过光束经全反射镜全反射后原路返回传播，到达半透半反镜b，在第二反射光束的传播路径上依次设置有平面镜片、全反射镜a，全反射镜a能将第二反射光束反射回原路进行传播，再次经过平面镜片后到达半透半反镜b，在第二反射光束的反向延长线上还依次设置有扩束系统b、PIN光电二极管探测器，且PIN光电二极管探测器靠近导轨滑台系统，回到半透半反镜b的第二透过光束和第二反射光束在半透半反镜b上进行干涉，形成迈克尔逊干涉条纹，迈克尔逊干涉条纹再经过扩束系统b后，迈克尔逊干涉条纹中心进入PIN光电二极管探测器。

平面镜片采用光路补偿镜片。

导轨滑台系统，包括有导轨底座，导轨底座呈矩形，导轨底座两相对的短边处分别设置有步进电机、手动旋钮，导轨底座上设置有滑台，滑台的一端通过丝杠与步进电机轴联，滑台的另一端也通过丝杠与手动旋钮连接，全反射镜、刀口均与滑台固接，步进电机能带动与之轴联的丝杠转动，从而带动滑台在导轨底座上进行移动，实现对刀口位置的精密测量与控制；若被测光为可见光，则能采用手动旋钮进行手工测量。

功率探测器为PN结型探测器或热电探测器。

PIN光电二极管为PIN型或者雪崩型光电二极管探测器。

本实用新型的有益效果在于：

(1)在激光光斑宽度测量方面，与手工测量方式相比：本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置采用电机驱动导轨滑台的移动，通过步进电机的驱动脉冲计算刀口移动距离，具有快速及自动化化测量的特点。

(2)与现有激光光斑宽度测量仪器相比：本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置主要是基于迈克尔逊干涉仪原理来测量刀口的移动距离，利用PIN快速光电二极管测量干涉条纹中心的明暗交替变换，具有测量精度高及测试速度快的优点。

(3)本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，将机械测量与手工测量相结合，既具有机械测量的便捷性，又具有手工测量的灵活性优点。

综上所述，本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置具不仅有结构简单、操作方便的优点，还具有高精度、自动化、速度快的优点，能实现对激光器光斑宽度的精密测量分析。

附图说明

图1本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置的结构示意图。

图中，1.激光器，2-1.半透半反镜a，2-2.半透半反镜b，2-3.平面镜片，2-4.全反射镜a，2-5.全反射镜b，2-6.扩束系统a，2-7.扩束系统b，3-1.导轨底座，3-2.滑台，3-3.丝杠，3-4.步进电机，3-5.手动旋钮，3-6.刀口，4-1.功率探测器，4-2.PIN光电二极管探测器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，如图1所示，由按照光路设置的激光器1、镜面透射反射测量系统、导轨滑台系统及探测系统构成；镜面透射反射系统由半透半反镜a2-1，半透半反镜b2-2、平面镜片2-3、全反射镜a2-4、全反射镜b2-5、扩束系统a2-6及扩束系统b2-7构成；导轨滑台系统由导轨底座3-1、滑台3-2、丝杠3-3、步进电机3-4、手动旋钮3-5及刀口3-6构成；探测系统由功率探测器4-1及PIN光电二极管探测器4-2构成。

本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置的具体结构如下：

靠近激光器1的输出端处倾斜的设置有半透半反镜a2-1，半透半反镜a2-1用于将激光器1的输出光分成第一透过光束和第一反射光束，在第一透过光束的传播路径上设置有功率探测器4-1，使透过半透半反镜a2-1的第一透过光束经过导轨滑台系统内的刀口3-6后能恰好照射在功率探测器4-1上，在第一反射光束的传播方向上依次设置有扩束系统a2-6、半透半反镜b2-2，扩束系统a2-6用于将经半透半反镜a2-1反射的第一反射光束进行扩束，半透半反镜b2-2能将扩束后的光分成第二透过光束和第二反射光束，在第二透过光束的传播路径上设置有全反射镜2-5，且全反射镜b2-5与导轨滑台系统连接，第二透过光束经全反射镜2-5全反射后原路返回传播，到达半透半反镜b2-2，在第二反射光束的传播路径上依次设置有平面镜片2-3、全反射镜a2-4，全反射镜a2-4能将第二反射光束反射回原路进行传播，再次经过平面镜片2-3后到达半透半反镜b2-2，在第二反射光束的反向延长线上还依次设置有扩束系统b2-7、PIN光电二极管探测器4-2，且PIN光电二极管探测器4-2靠近导轨滑台系统，回到半透半反镜b2-2的第二透过光束和第二反射光束在半透半反镜b2-2上进行干涉，形成迈克尔逊干涉条纹，迈克尔逊干涉条纹再经过扩束系统b2-7后，迈克尔逊干涉条纹中心进入PIN光电二极管探测器4-2。

平面镜片2-3采用光路补偿镜片。

导轨滑台系统，如图1所示，包括有导轨底座3-1，导轨底座3-1呈矩形，导轨底座3-1两相对的短边处分别设置有步进电机3-4、手动旋钮3-5，导轨底座3-1上设置有滑台3-2，滑台3-2的一端通过丝杠3-3与步进电机3-4轴联，滑台3-2的另一端也通过丝杠3-3与手动旋钮3-5连接，全反射镜2-5、刀口3-6均与滑台3-2固接，步进电机3-4能带动与之轴联的丝杠3-3转动，从而带动滑台3-2在导轨底座3-1上进行移动，实现对刀口3-6位置的精密测量与控制；若被测光为可见光时，则能选择性采用手动旋钮3-5进行手工测量。

功率探测器4-1为PN结型探测器或热电探测器。

激光光斑宽度定义为：14％激光能量到86％激光能量之间的刀口3-6移动距离，也包括与实际激光能量分布相对应的其他定义方式。

PIN光电二极管4-2为PIN型或者雪崩型光电二极管探测器；PIN光电二极管4-2需要接收迈克尔逊干涉条纹中心的明暗交替变换，PIN光电二极管4-2输出电脉冲的个数与全反射镜2-5的移动距离相关，激光宽度测量结果即为全反射镜2-5的移动距离。另外，当被测光为可见光时，可以选择性采用手动旋钮3-5进行手工测量；配合功率探测器4-1输出功率的变化，观察半透半反镜2-2上观察迈克尔逊条纹中心的塌陷或冒出个数进行计算获得。

本实用新型基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置的使用过程具体如下：

(1)将被测激光器1的输出光斑垂直入射功率探测器4-1的表面中心位置，调整镜面-透射反射测量系统中的半透半反镜a2-1、半透半反镜b2-2、平面镜片2-3、全反射镜a2-4以及扩束系统a2-6，直到半透半反镜b2-2表明观察处迈克尔逊干涉条纹，调节扩束系统b2-7使迈克尔逊干涉条纹中心进入PIN光电探测器4-2；

(2)开启电源，利用步进电机3-4带动刀口3-6恢复初始状态；

(3)启动测量功能，步进电机3-4开始工作，滑台3-2在丝杠3-3的转动作用下开始移动，同时带动刀口3-6光栅与全反射镜2-5进行移动；

随着刀口3-6边沿开始部分遮拦被测激光束，功率探测器4-1获得的激光功率将逐渐减小，当功率探测器4-1测量功率为最大功率的86％时，功率探测器4-1获得刀口3-6移动的初始位置；

随着刀口3-6继续移动，当功率探测器4-1测量功率最大功率的14％时刀口3-6移动的结束位置，结束位置与初始位置之差即为光斑宽度d；光斑宽度d可具体通过PIN光电二极管探测器接收的迈克尔逊干涉条纹中心的明暗交替进行计算后获得。

(4)被测激光为可见光时，亦可通过手动旋钮3-5进行手工调节，配合功率探测器4-1输出功率的变化，观察半透半反镜a2-2上观察迈克尔逊条纹中心的塌陷或冒出个数进行计算获得。

本实用新型的目的在于提供一种基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，能实现对激光光斑宽度的高精度、快速及自动测量。

Claims (6)

1.基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，其特征在于，由按照光路设置的激光器(1)、镜面-透射反射系统、导轨滑台系统及探测系统构成；所述镜面-透射反射测量系统由半透半反镜a(2-1)，半透半反镜b(2-2)、平面镜片(2-3)、全反射镜a(2-4)、全反射镜b(2-5)、扩束系统a(2-6)及扩束系统b(2-7)构成；所述导轨滑台系统由导轨底座(3-1)、滑台(3-2)、丝杠(3-3)、步进电机(3-4)、手动旋钮(3-5)及刀口(3-6)构成；所述探测系统由功率探测器(4-1)及PIN光电二极管探测器(4-2)构成。

2.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，其特征在于，靠近所述激光器(1)的输出端处倾斜的设置有半透半反镜a(2-1)，所述半透半反镜a(2-1)用于将激光器(1)的输出光分成第一透过光束和第一反射光束，在第一透过光束的传播路径上设置有功率探测器(4-1)，使透过半透半反镜a(2-1)的第一透过光束经过导轨滑台系统内的刀口(3-6)后能恰好照射在功率探测器(4-1)上，在第一反射光束的传播方向上依次设置有扩束系统a(2-6)、半透半反镜b(2-2)，所述扩束系统a(2-6)用于将经半透半反镜a(2-1)反射的第一反射光束进行扩束，所述半透半反镜b(2-2)能将扩束后的光分成第二透过光束和第二反射光束，在第二透过光束的传播路径上设置有全反射镜(2-5)，且全反射镜b(2-5)与导轨滑台系统连接，第二透过光束经全反射镜(2-5)全反射后原路返回传播，到达半透半反镜b(2-2)，在第二反射光束的传播路径上依次设置有平面镜片(2-3)、全反射镜a(2-4)，所述全反射镜a(2-4)能将第二反射光束反射回原路进行传播，再次经过平面镜片(2-3)后到达半透半反镜b(2-2)，在第二反射光束的反向延长线上还依次设置有扩束系统b(2-7)、PIN光电二极管探测器(4-2)，且PIN光电二极管探测器(4-2)靠近导轨滑台系统，回到半透半反镜b(2-2)的第二透过光束和第二反射光束在半透半反镜b(2-2)上进行干涉，形成迈克尔逊干涉条纹，迈克尔逊干涉条纹再经过扩束系统b(2-7)后，迈克尔逊干涉条纹中心进入PIN光电二极管探测器(4-2)。

3.根据权利要求1或2所述的基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，其特征在于，所述平面镜片(2-3)采用光路补偿镜片。

4.根据权利要求1或2所述的基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，其特征在于，所述导轨滑台系统，包括有导轨底座(3-1)，所述导轨底座(3-1)呈矩形，所述导轨底座(3-1)两相对的短边处分别设置有步进电机(3-4)、手动旋钮(3-5)，所述导轨底座(3-1)上设置有滑台(3-2)，所述滑台(3-2)的一端通过丝杠(3-3)与步进电机(3-4)轴联，所述滑台(3-2)的另一端也通过丝杠(3-3)与手动旋钮(3-5)连接，所述全反射镜(2-5)、刀口(3-6)均与滑台(3-2)固接，所述步进电机(3-4)能带动与之轴联的丝杠(3-3)转动，从而带动滑台(3-2)在导轨底座(3-1)上进行移动，实现对刀口(3-6)位置的精密测量与控制；若被测光为可见光，则能采用手动旋钮(3-5)进行手工测量。

5.根据权利要求1或2所述的基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，其特征在于，所述功率探测器(4-1)为PN结型探测器或热电探测器。

6.根据权利要求1或2所述的基于迈克尔逊干涉测量的激光光斑宽度测量装置，其特征在于，所述PIN光电二极管(4-2)为PIN型或者雪崩型光电二极管探测器。