[發明專利]一種多路激光光束自動準直裝置

有效

• 申請號: 201410522084.5
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104330897A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 王大輝;錢航;趙學慶;馬連英;張永生;邵碧波;馮剛;易愛平
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 李中群

技術領域

本發明涉及一種多路激光光束的自動準直方法，特別是一種適用于激光系統多路光束實時監測和自動調整的裝置。

背景技術

大型高功率激光裝置包含系列激光放大器和大量的光學元件及組件，光程長，環節多。系統的高效運行要求配置相應的光路自動準直系統，以快速糾正由于溫度變化、地基及支撐架的微振動、反射鏡機械結構蠕變、氣流及其它隨機因素造成光束的偏離，提高工作效率。

所謂光路準直，就是在光學系統光路已建立并提供準直基準后，對光路光軸進行的精密調節，實現偏移光束與基準光束的重合。如圖1所示，理論上，光束經前反射鏡1和后反射鏡2后輸出基準光路，根據“兩點一線”原理，基準光軸可以用近場基準3和遠場基準4確定。但由于光路中振動、溫度、氣流或者元件結構穩定性等因素的影響，使得光路發生漂移或者偏折(圖1中虛線表示)。這種情況下，可以通過調整光路中前反射鏡1和后反射鏡2的俯仰和偏擺角度，使得光束校正為基準光路。因此，光路自動準直系統是一個閉環控制系統，其包含準直光源、近遠場基準、光束探測裝置及調整執行機構等多部分環節，其中電動反射鏡為執行器件，計算機為控制硬件，輸入誤差量為探測光束與既定基準重心偏差，輸出控制量為步進電機的驅動步數，輸入量與輸出量之間的聯系為控制算法。

目前，已經研究和發展起來的光路自動準直方法是基于高功率固體激光裝置，選用光路上某個光學元件的幾何中心作為近場基準點，光路上空間濾波器的濾波小孔的幾何中心作為遠場基準點，以此近、遠場基準點來復原光路，基準取樣對象為圓形光斑。光學學報(Vol.19,1999,p1279)介紹了一種基于十字叉絲成像的自動準直原理實驗，以單叉絲為初始物，單叉絲通過空間濾波器的成像作為近場，遠場基準則選用空間濾波器的小孔成像圖案，獲得較好的準直實驗結果。但該方法以空間濾波器作為關鍵的準直部件，而通常的光學系統并無空間濾波器等近遠場基準，不能直接移植到無空間濾波器基準的激光系統中使用。

此外對于多光束的自動準直系統中，多路光束相互間距遠大于光斑尺度，需要對較大區域內的多光束圖像位置進行精確測量，而探測器受限于自身光敏面尺寸，難以將多路激光完全成像于單個探測器，這時不僅需要集成設計復雜的多個探測器才能滿足多光束的位置測量，在激光波長為非可見波段時，造價耗費也較為嚴重。

發明內容

本發明針對常用像傳遞激光系統多路光束，提出了一種多路激光光束自動準直裝置，該裝置基于插入式叉絲陣列和熒光成像的像傳遞自動準直結構，既解決了光路準直近遠場基準問題，又實現了多路激光光束的集成高效自動準直。

本發明采用的技術方案為：

一種多路激光光束自動準直方法及裝置，包括前反射鏡陣列、后反射鏡陣列、一級透鏡陣列、二級透鏡陣列、近場叉絲陣列、遠場叉絲陣列、分束鏡陣列、三級透鏡陣列、近場光束感光屏、近場CCD、四級透鏡陣列、遠場光束感光屏、遠場CCD；

其中前反射鏡陣列、后反射鏡陣列、一級透鏡陣列、二級透鏡陣列和分束鏡陣列依次設置在多路激光光束的入射光路上，分束鏡陣列將多路光束分成兩束，其中一束經過三級透鏡陣列入射至近場光束感光屏，另一束經過四級透鏡陣列入射至遠場光束感光屏；近場CCD和遠場CCD分別獲取近場光束感光屏和遠場光束感光屏上的光束圖像；

近場叉絲陣列緊貼一級透鏡陣列之前設置，并可移出和移入光束；遠場叉絲陣列緊貼二級透鏡陣列之后設置，并可移出和移入光束；近場光束感光屏和近場叉絲陣列成物像共軛關系；遠場光束感光屏和遠場叉絲陣列成物像共軛關系。

上述多路激光光束自動準直方法及裝置中，一級透鏡陣列和二級透鏡陣列之間設置有激光放大器。

上述多路激光光束自動準直方法及裝置中，近場叉絲陣列和遠場叉絲陣列下方設置有電控移動臺。

上述多路激光光束自動準直方法及裝置中，前反射鏡陣列、后反射鏡陣列均設置有電控伺服光學調整架。

上述多路激光光束自動準直方法及裝置中，叉絲采用線切割不銹鋼結構。

上述多路激光光束自動準直方法及裝置中，感光屏采用對紫外波段激光熒光、可見波段散射激光效果較好的白紙板固定在高穩定支撐架上。

本發明的優點為：

1、本發明采用雙叉絲陣列基準的準直方法，把輸入叉絲陣列作為“近場點”，把輸出叉絲陣列作為“遠場點”，既解決了普通激光裝置無空間濾波器等天然基準的問題，也實現了激光器多路光束的高效準直。

2、本發明采用像傳遞方法對雙叉絲陣列分別成像至光束探測裝置，既可根據探測器分辨率調整成像比例，又使得采集叉絲陣列光斑圖像邊緣清晰，減輕后期圖像處理難度。