專利名稱：四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高功率激光裝置，尤其是一種用于高功率激光裝置的四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置。

背景技術(shù)：
高功率激光裝置的四程放大系統(tǒng)的光路示意圖如圖4所示，由依次的第一反射鏡101、偏振反射鏡111、第一透鏡105、半波片112、濾波小孔板106、第二透鏡109和第二反射鏡110構(gòu)成的四程放大系統(tǒng)，由第一反射鏡101和第二反射鏡110構(gòu)成的諧振腔，該諧振腔中有由第一透鏡105、半波片112、濾波小孔板106和第二透鏡109構(gòu)成的空間濾波器，圖4中濾波小孔板106的平面示意圖如圖5所示。該濾波小孔板106的中心位于該四程放大系統(tǒng)的光軸上，該濾波小孔板106呈軸對(duì)稱地分布第一濾波小孔301、第二濾波小孔302、第三濾波小孔303和第四濾波小孔304。一束水平偏正態(tài)的偏振光103經(jīng)過注入反射鏡104和偏振反射鏡111進(jìn)入四程放大系統(tǒng)，依次經(jīng)過第一透鏡105、濾波小孔板106的第一濾波小孔301、第二透鏡109，達(dá)到第二反射鏡110，反射后再依次經(jīng)過第二透鏡109、第二濾波小孔302、半波片112，此時(shí)偏振態(tài)改變?yōu)樨Q直方向，再經(jīng)過第一透鏡105，穿過偏振反射鏡111，達(dá)到并被第一反射鏡101反射，再次穿過偏振反射鏡111、第一透鏡105、半波片112，此時(shí)偏振態(tài)又變?yōu)樗椒较?，光束穿過第三濾波小孔303，經(jīng)第二反射鏡110反射，穿過第四濾波小孔304，由偏振反射鏡111反射和注入反射鏡104反射導(dǎo)出；其中第二濾波小孔302和第三濾波小孔303之前放置半波片112，用于實(shí)現(xiàn)光束導(dǎo)入導(dǎo)出。
目前，高功率激光自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)中遠(yuǎn)場(chǎng)取樣最常用的方法就是在光路中空間濾波器后某塊反射鏡后面加入一塊大口徑的凸透鏡，利用反射鏡的漏光對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行取樣，用濾波器小孔中心作為遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)。該方法不僅成本高而且精度有限，同時(shí)其難以在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的四程放大系統(tǒng)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有高功率激光裝置的四程放大系統(tǒng)上述取樣、準(zhǔn)直方法的不足，提供一種四程放大系統(tǒng)的遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置，該裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高，更能滿足四程放大系統(tǒng)準(zhǔn)直調(diào)整的需求。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下 一種四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置，其構(gòu)成包括 由依次的第一反射鏡、偏振反射鏡、第一透鏡、半波片、濾波小孔板、第二透鏡和第二反射鏡構(gòu)成的四程放大系統(tǒng)，所述的濾波小孔板中心對(duì)稱地分布著第一濾波小孔、第二濾波小孔、第三濾波小孔和第四濾波小孔，在所述的濾波小孔板后緊貼該濾波小孔板插入取樣光柵，所述的取樣光柵與所述的濾波小孔板的四個(gè)濾波小孔相對(duì)應(yīng)，制作了第一非刻蝕區(qū)，第二非刻蝕區(qū)，第三非刻蝕區(qū)，第四非刻蝕區(qū)，每個(gè)非刻蝕區(qū)由四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)構(gòu)成，所述的第一非刻蝕區(qū)、第二非刻蝕區(qū)、第三非刻蝕區(qū)和第四非刻蝕區(qū)的四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)的對(duì)稱中心分別構(gòu)成第一遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第二遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第三遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)和第四遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所述的第一遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第二遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第三遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)和第四遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)分別與所述的濾波小孔板的第一濾波小孔、第二濾波小孔、第三濾波小孔和第四濾波小孔的中心重合； 在四程放大系統(tǒng)的主激光束外設(shè)置發(fā)光二極管和準(zhǔn)直透鏡形成的照明光束以一定角度照明所述的取樣光柵，該一定角度由照明光束經(jīng)所述的取樣光柵產(chǎn)生的一級(jí)衍射光的方向和所述的主激光經(jīng)所述的取樣光柵產(chǎn)生的一級(jí)衍射光的方向重合來決定； 在所述的一級(jí)衍射光方向設(shè)置成像透鏡和CCD探測(cè)器，該CCD探測(cè)器的探測(cè)面位于所述的成像透鏡的像平面，該CCD探測(cè)器的輸出端接計(jì)算機(jī)。
利用所述的四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置進(jìn)行激光準(zhǔn)直的方法，包括以下步驟 ①在所述的濾波小孔板后插入所述的取樣光柵，使所述的取樣光柵的第一非刻蝕區(qū)、第二非刻蝕區(qū)、第三非刻蝕區(qū)和第四非刻蝕區(qū)的四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)的對(duì)稱中心分別與所述的濾波小孔板的第一濾波小孔、第二濾波小孔、第三濾波小孔和第四濾波小孔的中心重合，啟動(dòng)發(fā)光二極管，注入主激光； ②利用CCD探測(cè)器獲取取樣光柵的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第一程主激光焦斑的中心與第一程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)的對(duì)稱中心的偏差，調(diào)整所述的注入反射鏡，使該兩者中心基本重合； ③利用CCD探測(cè)器獲取取樣光柵的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第二程主激光焦斑的中心與第二程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)對(duì)稱中心的偏差，調(diào)整第二反射鏡，使該兩者中心重合； ④利用CCD探測(cè)器獲取取樣光柵的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第三程主激光焦斑的中心與第三程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)對(duì)稱中心的偏差，調(diào)整第一反射鏡，使該兩者中心重合； ⑤利用CCD探測(cè)器獲取取樣光柵的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第四程主激光焦斑的中心與第四程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)對(duì)稱中心的偏差，核對(duì)第四程主激光焦斑的中心是否準(zhǔn)確地與第四程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)對(duì)稱中心重合，如果不重合，繼續(xù)第②～④步，重合，則進(jìn)行下一步； ⑥關(guān)閉發(fā)光二極管，從主激光光路中移出所述的取樣光柵。
所述的圖像處理軟件計(jì)算主激光焦斑中心與參考基準(zhǔn)對(duì)稱中心偏差的常用方法有重心法和圓擬合法等，參見呂鳳年等，“圖像處理在光路自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)中的應(yīng)用”，光學(xué)技術(shù)，31(3)335-337。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果是 利用刻有基準(zhǔn)的透射式取樣光柵作為取樣元件和基準(zhǔn)，可以滿足四程放大系統(tǒng)準(zhǔn)直的需求，也避免了在主光軸上排布探測(cè)系統(tǒng)從而加長(zhǎng)主光路的弊端，有利于系統(tǒng)集約化。經(jīng)試用表明，本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、精度高等特點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的光路示意圖 圖2是圖1局部放大圖 圖3是圖1中取樣光柵的平面示意圖。
圖4是現(xiàn)有高功率激光裝置的四程放大系統(tǒng)的光路示意圖 圖5是圖4中濾波小孔板的平面示意圖 圖中101-腔第一反射鏡，102-輸出主激光，103-輸入主激光，104-注入反射鏡，105-空間濾波器第一透鏡，106-濾波小孔板，107-照明準(zhǔn)直透鏡，108-發(fā)光二極管，109.-空間濾波器第二透鏡，110-腔第二反射鏡，111-偏振反射鏡，112-半波片，113-刻有基準(zhǔn)的透射取樣光柵，114-成像透鏡，115-CCD，201-腔內(nèi)主激光，202-照明光，203-照明光的零級(jí)衍射光，204-主激光的一級(jí)衍射光，205-照明光的一級(jí)衍射光，107-照明準(zhǔn)直透鏡，108-發(fā)光二極管，301-第一程光束濾波小孔，302-第二程光束濾波小孔，303-第三程光束濾波小孔，304-第四程光束濾波小孔，411～414是第一程光束的遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，421～424是第二程光束的遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，431～434是第三程光束的遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，441～444是第四程光束的遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，450-取樣光柵刻蝕區(qū)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的光路示意圖，由圖可見，本實(shí)用新型四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的構(gòu)成包括 由依次的第一反射鏡101、偏振反射鏡111、第一透鏡105、半波片112、濾波小孔板106、第二透鏡109和第二反射鏡110構(gòu)成的四程放大系統(tǒng)，所述的濾波小孔板106中心對(duì)稱地分布著第一濾波小孔301、第二濾波小孔302、第三濾波小孔303和第四濾波小孔304，在所述的濾波小孔板106后緊貼該濾波小孔板106插入取樣光柵113，所述的取樣光柵113與所述的濾波小孔板106的四個(gè)濾波小孔相對(duì)應(yīng)，制作了第一非刻蝕區(qū)411～414，第二非刻蝕區(qū)421～424，第三非刻蝕區(qū)431～434，第四非刻蝕區(qū)441～444，每個(gè)非刻蝕區(qū)由四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)構(gòu)成，所述的第一非刻蝕區(qū)411～414、第二非刻蝕區(qū)421～424、第三非刻蝕區(qū)431～434和第四非刻蝕區(qū)441～444的四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)的對(duì)稱中心分別構(gòu)成第一遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第二遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第三遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)和第四遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所述的第一遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第二遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第三遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)和第四遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)分別與所述的濾波小孔板106的第一濾波小孔301、第二濾波小孔302、第三濾波小孔303和第四濾波小孔304的中心重合； 在四程放大系統(tǒng)的主激光束外設(shè)置發(fā)光二極管108和準(zhǔn)直透鏡107形成的照明光束202以一定角度照明所述的取樣光柵113，該一定角度由照明光束202經(jīng)所述的取樣光柵113產(chǎn)生的一級(jí)衍射光205的方向和所述的主激光201經(jīng)所述的取樣光柵113產(chǎn)生的一級(jí)衍射光204的方向重合來決定； 在所述的一級(jí)衍射光205方向設(shè)置成像透鏡114和CCD探測(cè)器115，該CCD探測(cè)器115的探測(cè)面位于所述的成像透鏡114的像平面，該CCD探測(cè)器115的輸出端接計(jì)算機(jī)。
利用上述的四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置進(jìn)行激光準(zhǔn)直的方法，其特征在于包括以下步驟 ①在所述的濾波小孔板106后插入所述的取樣光柵113，使所述的取樣光柵113的第一非刻蝕區(qū)411～414、第二非刻蝕區(qū)421～424、第三非刻蝕區(qū)431～434和第四非刻蝕區(qū)441～444的四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)的對(duì)稱中心分別與所述的濾波小孔板106的第一濾波小孔301、第二濾波小孔302、第三濾波小孔303和第四濾波小孔304的中心重合，啟動(dòng)發(fā)光二極管108，注入主激光103； ②利用CCD探測(cè)器115獲取取樣光柵113的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第一程主激光焦斑的中心與第一程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)(411～414)的對(duì)稱中心的偏差，調(diào)整所述的注入反射鏡104，使該兩者中心基本重合； ③利用CCD探測(cè)器115獲取取樣光柵113的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第二程主激光焦斑的中心與第二程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)421～424對(duì)稱中心的偏差，調(diào)整第二反射鏡110，使該兩者中心重合； ④利用CCD探測(cè)器115獲取取樣光柵113的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第三程主激光焦斑的中心與第三程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)431～434對(duì)稱中心的偏差，調(diào)整第一反射鏡101，使該兩者中心重合； ⑤利用CCD探測(cè)器115獲取取樣光柵113的衍射圖像，計(jì)算機(jī)用圖像處理軟件計(jì)算第四程主激光焦斑的中心與第四程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)441～444對(duì)稱中心的偏差，核對(duì)第四程主激光焦斑的中心是否準(zhǔn)確地與第四程遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)441～444對(duì)稱中心重合，如果不重合，繼續(xù)第②～④步，重合，則進(jìn)行下一步； ⑥關(guān)閉發(fā)光二極管108，從主激光光路中移出所述的取樣光柵113。
四程放大系統(tǒng)中的遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置的主要原理如下 ①照明光衍射光與主激光衍射光的耦合。衍射角隨入射光波長(zhǎng)的變化關(guān)系為 d(sinθi±sinθk)＝Kλ(1) 式中，d為取樣光柵常數(shù)，θi為入射角度，θk為衍射角度，K為衍射級(jí)次，λ為入射光波長(zhǎng)。可見當(dāng)兩束不同波長(zhǎng)的光入射時(shí)，可以通過調(diào)整各自的入射角使兩束光的同一級(jí)衍射光的衍射方向重合。當(dāng)照明光的中心波長(zhǎng)小于主激光波長(zhǎng)時(shí)，就可以通過調(diào)節(jié)照明光的入射角度，使照明光的一級(jí)衍射光與主激光的一級(jí)衍射光重合，同時(shí)照明系統(tǒng)又不處于主光路中，利用這級(jí)衍射光成像，就可以在同一個(gè)成像系統(tǒng)中同時(shí)看到主激光焦斑和基準(zhǔn)的圖像，通過圖像處理裝置就可以得出兩者的相對(duì)位置。
②取樣光柵基準(zhǔn)的顯示。矩形取樣光柵的衍射效率公式為
其中

τ為取樣光柵脊寬，d為取樣光柵周期，m為衍射級(jí)次，θ為入射角，ε為折射角，h為刻槽深度，λ為入射波長(zhǎng)，n為折射率。可見，利用衍射光成像時(shí)，照射到刻蝕區(qū)的光能有一部分分到了衍射光中，照射到非刻蝕區(qū)的光能不存在衍射光；同時(shí)，由于主激光比照明光的能量密度要大，所以在取樣系統(tǒng)中就可以得到三種灰度分布的圖像。暗區(qū)是非刻蝕區(qū)的像，其作為基準(zhǔn)；中等亮度區(qū)為刻蝕區(qū)的像，其作為背景；亮區(qū)為焦斑的像，其為要調(diào)整量。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)用新型用于四程放大系統(tǒng)的光路調(diào)整，由計(jì)算機(jī)計(jì)算控制，十分方便，調(diào)整精度優(yōu)于16μm。
權(quán)利要求1、一種四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置，特征在于其構(gòu)成包括
由依次的第一反射鏡(101)、偏振反射鏡(111)、第一透鏡(105)、半波片(112)、濾波小孔板(106)、第二透鏡(109)和第二反射鏡(110)構(gòu)成的四程放大系統(tǒng)，所述的濾波小孔板(106)中心對(duì)稱地分布著第一濾波小孔(301)、第二濾波小孔(302)、第三濾波小孔(303)和第四濾波小孔(304)，在所述的濾波小孔板(106)后緊貼該濾波小孔板(106)插入取樣光柵(113)，所述的取樣光柵(113)與所述的濾波小孔板(106)的四個(gè)濾波小孔相對(duì)應(yīng)，制作了第一非刻蝕區(qū)(411～414)，第二非刻蝕區(qū)(421～424)，第三非刻蝕區(qū)(431～434)，第四非刻蝕區(qū)(441～444)，每個(gè)非刻蝕區(qū)由四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)構(gòu)成，所述的第一非刻蝕區(qū)(411～414)、第二非刻蝕區(qū)(421～424)、第三非刻蝕區(qū)(431～434)和第四非刻蝕區(qū)(441～444)的四個(gè)非刻蝕的小圓區(qū)的對(duì)稱中心分別構(gòu)成第一遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第二遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第三遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)和第四遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所述的第一遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第二遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)、第三遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)和第四遠(yuǎn)場(chǎng)基準(zhǔn)分別與所述的濾波小孔板(106)的第一濾波小孔(301)、第二濾波小孔(302)、第三濾波小孔(303)和第四濾波小孔(304)的中心重合；
在四程放大系統(tǒng)的主激光束外設(shè)置發(fā)光二極管(108)和準(zhǔn)直透鏡(107)形成的照明光束(202)以一定角度照明所述的取樣光柵(113)，該一定角度由照明光束(202)經(jīng)所述的取樣光柵(113)產(chǎn)生的一級(jí)衍射光(205)的方向和所述的主激光(201)經(jīng)所述的取樣光柵(113)產(chǎn)生的一級(jí)衍射光(204)的方向重合來決定；
在所述的一級(jí)衍射光(205)方向設(shè)置成像透鏡(114)和CCD探測(cè)器(115)，該CCD探測(cè)器(115)的探測(cè)面位于所述的成像透鏡(114)的像平面，該CCD探測(cè)器(115)的輸出端接計(jì)算機(jī)。
專利摘要一種用于高功率激光裝置的四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)視裝置，構(gòu)成包括在所述的濾波小孔板后緊貼該濾波小孔板插入取樣光柵；在四程放大系統(tǒng)的主激光束外設(shè)置發(fā)光二極管和準(zhǔn)直透鏡形成的照明光束以一定角度照明所述的取樣光柵；在所述的一級(jí)衍射光方向設(shè)置成像透鏡和CCD探測(cè)器，該CCD探測(cè)器的探測(cè)面位于所述的成像透鏡的像平面，該CCD探測(cè)器的輸出端接計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型解決了四程放大系統(tǒng)遠(yuǎn)場(chǎng)取樣和準(zhǔn)直調(diào)整的難題，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK201293902SQ20082015560
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者高妍琦, 劉代中, 朱寶強(qiáng), 林尊琪, 劉曉鳳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所