專利名稱：一種無衍射光束漂移的二維探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無衍射光束漂移的二維探測裝置，用于小的無衍射光束漂移量的檢測。
背景技術(shù)：
激光束及無衍射光束由于其良好的方向性、高亮度及高穩(wěn)定性等優(yōu)點，常被作為測量的準(zhǔn)直基準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于超精密加工與測量設(shè)備中。但激光器發(fā)射的激光束常會產(chǎn)生漂移，同樣的，無衍射光束也有光束漂移。為了提高激光束的穩(wěn)定性，專利文獻(xiàn)200410033610. 8公開了一種光束漂移量快速反饋控制式高精度激光準(zhǔn)直方法與裝置，其將單模光纖初級準(zhǔn)直后光束的漂移量分解為平漂量和角漂量，分別對其進(jìn)行高精度鎖相放大檢測，并用相應(yīng)的光束平漂量和角漂量反饋控制機(jī)構(gòu)使光束平漂量和角漂量向減小的方向進(jìn)行高速反饋交替調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到出射光束的高精度準(zhǔn)直目的。由于其光束漂移量的測量采用透鏡聚焦成像原理和分解測量平漂量、角漂量的方式且其反饋控制機(jī)構(gòu)的頻響低，加之截面光強(qiáng)分布為同心光環(huán)的無衍射光束不能用透鏡聚焦成光點，因此，此測量方法不適用于無衍射光束漂移的測量，特別是不適用于無衍射光束受振動影響的漂移誤差的測量。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于無衍射光束漂移的二維探測裝置，該裝置通過雙圖像探測器探測無衍射光束的光束漂移，使雙圖像探測器同步探測就可探測無衍射光發(fā)生器自身殘存的無衍射光束漂移量和無衍射光發(fā)生器受振動、溫度變化產(chǎn)生的機(jī)械變形影響引起的無衍射光束漂移量，可實現(xiàn)無衍射光束的光束漂移及其受振動、溫度變化影響的漂移誤差的二維精密探測。為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型的無衍射光束漂移二維探測裝置包括兩個45°分光鏡、兩個成像透鏡組、兩個高速圖像探測器和連接兩個高速圖像探測器的計算機(jī)處理系統(tǒng)。無衍射光束發(fā)生器發(fā)射的無衍射光射到第一個高速圖像探測器的45°分光鏡分光，一路反射光再經(jīng)成像透鏡組后成像在高速圖像探測器上；另一路透射到另一個高速圖像探測器的45°分光鏡，分光后一路透射成為輸出的無衍射光束，另一路反射光經(jīng)成像透鏡組后成像在高速圖像探測器上。兩個高速圖像探測器同步探測出光束截面圖像并輸入計算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行快速比較處理，即可探測無衍射光束漂移量。成像透鏡組用于匹配光束的大孔徑與高速圖像探測器的小像面。當(dāng)兩個高速圖像探測器的同步性< 1ms，可探測500Hz以下的無衍射光束漂移，即光束自身的漂移及振動、 溫度變化對光束影響的漂移誤差，消除IOOHz以下的光束自身的漂移及振動、溫度變化對輸出的無衍射光束影響的漂移誤差。[0009]本實用新型的無衍射光束漂移二維探測裝置測量無衍射光束中心的平動偏移量 (平漂量)和無衍射光束的偏向轉(zhuǎn)角(角漂量)的精度高，且能實時測量。本裝置的平漂量測量精度彡lum、角漂量測量精度< O. 15" (O. 73urad)、平漂量測量范圍> ±0. 3mm、角漂量測量范圍> ±20"。本實用新型適用于嚴(yán)格控制無衍射光束漂移的應(yīng)用系統(tǒng)，也可用于控制激光束漂移的應(yīng)用系統(tǒng)。但在相同結(jié)構(gòu)和尺寸條件下，激光束漂移量的測量精度會降低。

圖I為本實用新型的一種二維探測裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的基于莫爾條紋技術(shù)的無衍射光束漂移的二維探測裝置的光路結(jié)構(gòu)不意圖。圖3為本實用新型另一種改進(jìn)的二維探測裝置的光路示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，定義直角絕對坐標(biāo)系為無衍射光束從第一個45°分光鏡透射到第二個45°分光鏡的方向為X軸正向；無衍射光束在第一個45°分光鏡出射后入射到高速圖像探測器的方向為Z軸正向；Y軸符合右手法則。繞Y軸的轉(zhuǎn)動為f，X正到Z正定義為f轉(zhuǎn)角的正方向(即逆時針為正)；繞Z軸的轉(zhuǎn)動為f，Y正到X正定義為f轉(zhuǎn)角的正方向；繞X 軸的轉(zhuǎn)動為X，Z正到Y(jié)正定義為文轉(zhuǎn)角的正方向。下面結(jié)合圖I對本實用新型作詳細(xì)的說明。被測對象即無衍射光束發(fā)生器I發(fā)射的無衍射光照射到45°分光鏡2并分光為兩路，一路為反射光，其經(jīng)成像透鏡組3后成像在高速圖像探測器4上；另一路為透射光，其透射到45°分光鏡5上,經(jīng)該45°分光鏡5分光后,一路透射成為輸出的無衍射光束,另一路反射后經(jīng)成像透鏡組6后成像在高速圖像探測器7上。使兩個高速圖像探測器實時或準(zhǔn)實時同步的探測出光束截面圖像并輸入計算機(jī)處理系統(tǒng)8進(jìn)行快速比較處理，即可探測無衍射光束漂移誤差。當(dāng)同步性< 1ms，可實時或準(zhǔn)實時的探測出500Hz以下的無衍射光束漂移誤差，特別是振動、溫度變化引起的漂移誤差。設(shè)無衍射光在45°分光鏡2基點處的漂移量(Ay，Λζ，Δγ，Δ2)，其中，Ay和ΛΖ 為光束沿I軸和ζ軸的平漂量，Δ 和Δ2分別為光束繞I軸和ζ軸的角漂量，分光鏡2到高速圖像探測器4的當(dāng)量距離為L20，分光鏡2到分光鏡5的當(dāng)量距離為L21，分光鏡5到高速圖像探測器 的當(dāng)量距離為L20，則高速圖像探測器4上的無衍射光束中心的變化量
Ay23 =Ay高速圖像探測器7上的無衍射光束中心的變化量當(dāng)匆和Λ2值很小時，直接求解方程(I) (2)得(Δγ, Δ z, Ay ,Δζ )
權(quán)利要求1.一種無衍射光束漂移的二維探測裝置，用于對無衍射光的光束漂移進(jìn)行探測，該裝置包括兩個45°分光鏡(2，5)、兩個成像透鏡組(3，6)、兩個圖像探測器(4，7)和連接所述兩個圖像探測器(4，7)的計算機(jī)處理系統(tǒng)(8)；無衍射光束發(fā)生器(I)發(fā)射的無衍射光首先入射到第一個45°分光鏡(2)，分光為一路反射光和一路透射光，該一路反射光經(jīng)其中一個成像透鏡組(3)后成像在其中一個圖像探測器(4)上；另一路透射光入射到另一個45°分光鏡(5)，經(jīng)分光后一路透射成為輸出的無衍射光束，一路反射后經(jīng)另一成像透鏡組(6)后成像在另一個高速圖像探測器(7)上，兩個圖像探測器(4、7)同步探測出光束截面圖像，并輸入到所述計算機(jī)處理系統(tǒng)(8)進(jìn)行比較處理，即可探測出無衍射光的光束漂移量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維探測裝置，其特征在于，所述的第一個45°分光鏡(2)與所述其中一個成像透鏡組(3 )之間、以及所述另一個45°分光鏡(5 )與另一成像透鏡組(6 ) 之間的光路上均設(shè)有圓環(huán)光柵(9、10 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的二維探測裝置，其特征在于，所述另一個45°分光鏡(5) 傳送到所述另一成像透鏡組(6)之間的光束先進(jìn)行折疊，其傳輸方向改變后再入射到所述另一成像透鏡組(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的二維探測裝置，其特征在于，所述另一個45°分光鏡(5) 與所述另一成像透鏡組(6)之間的光路上設(shè)置有45°反射鏡(11)，所述光束的折疊通過該 45°反射鏡(11)的反射實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型公開了一種無衍射光束漂移的二維探測裝置，包括兩個45o分光鏡、兩個成像透鏡組、兩個高速圖像探測器和連接所述兩個圖像探測器的計算機(jī)處理系統(tǒng)；無衍射光束發(fā)生器發(fā)射的無衍射光首先入射到第一個45o分光鏡，經(jīng)分光為一路反射光和一路透射光，該一路反射光經(jīng)其中一個成像透鏡組后成像在其中一個高速圖像探測器上；另一路透射光入射到另一個45o分光鏡，經(jīng)分光后的一路反射光經(jīng)另一成像透鏡組后成像在另一個高速圖像探測器上，兩個圖像探測器同步探測出光束截面圖像，并輸入到計算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行比較處理，探測出無衍射光的光束漂移。本實用新型的二維探測裝置測量無衍射光束中心的平漂量和無衍射光束的角漂量的精度高，且能實時測量。
文檔編號G01B11/27GK202350754SQ201120526460
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者張坤, 張新寶 申請人:華中科技大學(xué)