CN207472422U - 一种中红外激光光束狭缝扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种中红外激光光束狭缝扫描装置，包括内部测量组件和外壳，外壳包括套筒，套筒一端安装有内部测量组件，另一端设置有通光孔；内部测量组件包括底板和安装于底板上的功率计、转筒、微型电机和编码器，转筒筒壁上开有成对的等宽正交狭缝。测量时，待测激光光束通过通光孔照射在转筒的狭缝上，当微型电机带动转筒转动时，成对设置的正交狭缝实现对光斑的二维扫描，利用在PC端的软件处理编码器测得的转筒位置数据和功率计测得的光功率数据，可分析得出待测激光光束的特性。本实用新型装置可同时在两个维度上实现对光束的灵敏测量，覆盖光谱宽，测量准确，受功率影响小，使用便捷。

Description

一种中红外激光光束狭缝扫描装置

技术领域

本实用新型属于激光应用技术领域，特别涉及一种利用狭缝扫描方法分析中红外激光光束的中红外激光光束狭缝扫描装置。

背景技术

光谱中，波长0.75μm至1000μm的光线称为红外线，通常分为近红外、中红外、远红外三个部分，对应波长分别为0.75~3.0μm、3~20μm和20~1000μm。其中，中红外波段在遥感、探测、医疗和生物成像领域中均具有重要的应用价值，因其具有高亮度、良好相干性和极高空间分辨力的特点，在诸如激光定向红外干扰、激光通讯、红外测距、大气测风速、温度、生物成像等领域已获得广泛应用，且随着各种波长的中红外激光器问世，加之输出功率越来越高，其应用范围将越来越广泛。

激光光束特性是激光器的重要指标，而对于中红外激光光束的分析，是利用中红外激光的前提与基础。对于中红外波段的激光光束，利用CCD测量其光斑分布与大小受光束能量影响较大，且中红外波段的CCD分辨率普遍较低，当功率较大时，如使用衰减片又会影响CCD成像质量，因此使用CCD对中红外光束进行测量分析误差很大。

目前，市场上中红外激光光束的分析装置主要有THORLABS的BP209系列，以及OPHIR-photon的Nano Scan系列，通过狭缝扫描的方法测量光束光斑的大小，主要利用光斑扫过狭缝时其透过的功率随着狭缝方向沿光斑中心某一方向扫描距离呈高斯分布的特性，再采用数据分析，拟合出光斑大小，通过软件模拟出三维分布图，进一步也可以得到激光光束的发散角。但上述现有的分析装置产品，不仅可测量范围较小，限制了使用范围，在装置中加入检测准直的元件，不能保证测得的光束特性可准确反映待测光束的实际特性；装置操作性不佳，使用及其不灵活，通用性差；且对中红外激光光束分析时，至少需要百毫瓦级，甚至瓦级，导致无法对低功率中红外激光光束进行准确的测量。

实用新型内容

针对现有技术中红外激光光束的分析装置存在的可测量范围小、准确度不足、受功率限制等不足，本实用新型提供了一种使用便捷，覆盖光谱范围广，可在两个维度上实现灵敏测量的中红外激光光束狭缝扫描装置。

本实用新型的实施例提供的一种中红外激光光束狭缝扫描装置，包括内部测量组件和外壳，所述外壳包括套筒，所述套筒一端安装有所述内部测量组件，另一端设置有与所述内部测量组件相对的通光孔，所述通光孔供待测激光光束通过；所述内部测量组件包括底板和安装于所述底板上的功率计、转筒、微型电机和编码器，其中：

所述转筒位于自所述通光孔入射的待测激光光路中，待测激光光束通过所述通光孔照射在；所述转筒筒壁上开有成对的狭缝，成对的两条狭缝等宽且相互正交；所述功率计设置于穿过所述狭缝后的待测激光光路中；所述微型电机连接所述转筒，带动所述转筒绕其中心转轴转动；所述编码器检测所述转筒的转动并对转动位置进行编码。

优选地，所述转筒筒壁与所述中心转轴平行，所述狭缝与所述中心转轴均成45°角。

优选地，在所述转筒筒壁上开有若干组成对的狭缝，各组狭缝具有不同的宽度，不同宽度的狭缝分别适用于对不同光斑大小的光束进行扫描测量。

优选地，所述微型电机为步进电机，其转动轴通过联轴器与所述转筒的所述中心转轴连接。

作为前述技术方案的优选，所述外壳还包括准直判别器；在所述通光孔处设置有连接部，所述准直判别器通过所述连接部连接所述套筒，所述准直判别器的光路对准所述通光孔。这样的设置使准直判别器固定在套筒中与内部测量组件相对的另一端，激光光束通过通光孔照射至内部测量组件前先经过准直判别器，可在准直判别器辅助下对入射的激光光束方向做出准直调整。

进一步优选地，所述准直判别器为可变光阑组件，所述可变光阑组件包括光阑夹具及安装在所述光阑夹具中的第一可变光阑和第二可变光阑，所述第一可变光阑和第二可变光阑的通光孔中心均位于可变光阑组件的光路上，所述可变光阑组件与所述套筒连接时，二可变光阑通光孔中心的连线对准所述通光孔，通过调节第一可变光阑和第二可变光阑的通光孔径大小，可判断激光光束是否沿可变光阑组件限定的准直方向入射，进而对入射激光传播方向进行相应的调整，以满足测量需要。

利用本实用新型的中红外激光光束狭缝扫描装置测量时，待测激光光束照射在装置内部测量组件中的转筒上，当微型电机带动转筒转动时，通过转筒上成对设置的狭缝实现对光束的扫描，狭缝后的功率计记录透过狭缝后的光功率变化，同时编码器读取并编码转筒转动后的位置信息，再利用在PC端的软件处理转筒位置信息和扫描得到的对应位置的光束能量，即可分析得出待测激光光束特性。

本实用新型实施例技术方案的有益效果为：

1. 所述红外光束狭缝分析装置，利用成对的正交等宽狭缝步进扫过激光光束，实现对光斑的同步二维扫描，具有覆盖光谱宽、测量准确、受功率影响小的特点；

2. 在装置套筒外壳前端设置可变光阑组件，可判断待分析激光光束是否水平，有利于进一步提高装置的测量准确性；

3. 该装置操作方便，使用灵活，可与其他光束分析装置组合使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的中红外激光光束狭缝扫描装置内部测量组件的立体示意图；

图2为本实用新型实施例提供的中红外激光光束狭缝扫描装置外壳套筒的立体示意图；

图3为本实用新型实施例提供的中红外激光光束狭缝扫描装置外壳可变光阑组件的立体示意图；

图4为图3所示可变光阑组件的正视图。

［主要元件符号说明］

1-内部测量组件；11-底板；12-功率计；13-支架；14-转筒；141-正交狭缝一；142-正交狭缝二；15-微型电机；16-联轴器；17-编码器；2-套筒；21-通光孔；22-连接部；3-可变光阑组件；31-光阑夹具；32-第一可变光阑；33-第二可变光阑。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型针对现有的问题，提供一种中红外激光光束狭缝扫描装置，具有覆盖光谱宽、测量准确、受功率影响小、使用方便灵活等特点，可在两个维度上实现对中红外激光光束的灵敏测量。下面结合附图和实施例对本实用新型的中红外激光光束狭缝扫描装置做进一步说明，但不以此限制本实用新型的保护范围。

如图1至图4所示的一种中红外激光光束狭缝扫描装置，包括内部测量组件1和外壳，外壳包括套筒2，套筒2一端安装有内部测量组件1，另一端设置有与内部测量组件1相对的通光孔21，通光孔21供待测激光光束通过；套筒2对内部测量组件1起到保护作用，并可隔绝外部环境对内部的影响，提高测量精确度。

内部测量组件1包括底板11和安装于底板11上的功率计12、转筒14、微型电机15和编码器17，其中：

转筒14位于自通光孔21入射的待测激光光路中，待测激光光束通过通光孔21照射在转筒14上；转筒14筒壁上开有成对的狭缝，成对的两条狭缝等宽且相互正交。作为一种实施方式，转筒14上可只设置一对相互正交的狭缝，即正交狭缝一141和正交狭缝二142，两条狭缝等宽；作为其他实施方式，转筒14上也可以开出若干组成对的狭缝，各组狭缝具有不同的宽度，不同宽度的狭缝分别适用于对不同光斑大小的光束进行扫描测量。

功率计12设置于穿过狭缝后的待测激光光路中，用于快速探测透过狭缝的光束能量。如图1所示，功率计12通过支架13连接固定在底板11上，位于紧靠转筒14上的狭缝后方且不影响转筒14转动的位置，使得在转筒14转动的时候，功率计12可接收透过狭缝的光束能量。作为较佳的实施方式，功率计选用快速响应、宽光谱覆盖的稳定型功率计。

微型电机15连接转筒14，带动转筒14绕其中心转轴转动。通常微型电机15使用步进电机。

编码器17检测转筒14的转动并对转动位置进行编码，通常可与转筒14中心转轴上固定的连接杆相连，用于检测转筒的转动并对转筒转动位置进行编码。测量时，当功率计12快速探测透过狭缝的光束能量并由PC采集数据时，编码器17同时探测到转筒14的位移信息，与微型电机15转动数据对照无误后传回PC，利用PC端软件处理数据，即可得到中红外激光光束在探测位置的光斑形状。

作为一种较佳的实施方式，上述各组件安装设置如图1所示，包括功率计12、转筒14、微型电机15和编码器17均垂直固定在底板11上，且中心在一条直线上；转筒14的中心转轴与图1所示的X方向成45°角，即各组件中心连线均与X方向成45°角。

装置的外壳还可包括准直判别器，如图3和图4所示的实施例中，准直判别器选用可变光阑组件3。可变光阑组件3包括光阑夹具31及安装在光阑夹具31中的第一可变光阑32和第二可变光阑33，第一可变光阑32和第二可变光阑33的通光孔中心均位于可变光阑组件3的光路上，相应的在如图2所示的套筒2的通光孔21处设置了连接部22，可变光阑组件3通过连接部22与套筒2相连，与套筒2连接状态下可变光阑组件3的光路，即第一可变光阑32和第二可变光阑33的通光孔中心连线对准通光孔21。对待测激光光束进行测量前，通过搬动可变光阑上的把手调节光阑通光孔径的大小，可判断待测激光光束是否沿可变光阑组件3光路限定的准直方向入射，进而可以对入射激光传播方向进行相应的调整，以满足测量需要。

测量时，将外壳中的套筒2与可变光阑组件3连接，外壳与内部测量组件1安装组合在一起，确保正交狭缝一141和正交狭缝二142位于功率计12和通光孔21之间。启动微型电机15和编码器17，当两者显示的转筒14的位置无误后，调节第一可变光阑32和第二可变光阑33至最小通光孔径，当功率计12探测到明显的功率变化时，说明入射激光基本沿所需的准直方向方向传播，此时可以开始测量，反之，需调节入射激光光束使其准直。

可根据待测中红外激光光束的特性具体选择不同参数的元件，包括编码器、转筒、微型电机、功率计和可变光阑等，以实现对待测激光光束特性的精确分析。作为一种较佳的实施方式，各组件参数及设置方式如下：

底板直径为170mm。转筒外径为32mm，内径为29mm，壁宽12mm，转筒中心转轴的通过联轴器与微型电机的转动轴连接；在转筒筒壁上开出宽度分别为50μm和200μm，长度均为10mm的两对正交狭缝，各狭缝均与转轴成45°角，具体参见图1所示。

功率计波长覆盖范围为0.19~10.6μm，测量功率范围为10μW~1W，响应时间小于1s；尺寸为15×33×42mm，通光孔径为10mm。

微型电机选用精密步进电机，在1.8°的步距角内细分256步，实现转筒的微小转动，使转筒上的正交狭缝实现在水平和竖直方向上对光束的微步扫描。

第一可变光阑和第二可变光阑的最大通光孔径为36mm，最小通光孔径为1.3mm；二可变光阑间隔60mm设置，可变光阑组件总长为85mm。

对于上述的本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描述；各实施例采用递进的方式描述，各实施例中所涉及到的技术特征在彼此之间不构成冲突的前提下可以相互组合。

在本实用新型的描述中，术语“垂直”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不应理解为对本发明的限制；除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种中红外激光光束狭缝扫描装置，包括内部测量组件（1）和外壳，其特征在于，所述外壳包括套筒（2），所述套筒（2）一端安装有所述内部测量组件（1），另一端设置有与所述内部测量组件（1）相对的通光孔（21）；所述内部测量组件（1）包括底板（11）和安装于所述底板（11）上的功率计（12）、转筒（14）、微型电机（15）和编码器（17），其中：

所述转筒（14）位于自所述通光孔（21）入射的待测激光光路中；所述转筒（14）筒壁上开有成对的狭缝，成对的两条狭缝等宽且相互正交；

所述功率计（12）设置于穿过所述狭缝后的待测激光光路中；

所述微型电机（15）连接所述转筒（14），带动所述转筒（14）绕其中心转轴转动；

所述编码器（17）检测所述转筒（14）的转动并对转动位置进行编码。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述转筒（14）筒壁与所述中心转轴平行，所述狭缝与所述中心转轴均成45°角。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述转筒（14）筒壁上开有若干组成对的狭缝，各组狭缝具有不同的宽度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微型电机（15）为步进电机，其转动轴通过联轴器（16）与所述转筒（14）的所述中心转轴连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述外壳还包括准直判别器；在所述通光孔（21）处设置有连接部（22），所述准直判别器通过所述连接部（22）连接所述套筒（2），所述准直判别器的光路对准所述通光孔（21）。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述准直判别器为可变光阑组件（3），所述可变光阑组件（3）包括光阑夹具（31）及安装在所述光阑夹具（31）中的第一可变光阑（32）和第二可变光阑（33），所述可变光阑组件（3）与所述套筒（2）连接时，所述第一可变光阑（32）和第二可变光阑（33）的通光孔中心的连线对准所述通光孔（21）。