光学自准直仪激光自动准直仪的基本原理及激光器腔体对准

光学自准直仪的原理如下图所示:由LED光源所产生的光(通常是670纳米,近期推出了红外版本)经过十字投影屏(图中的Retlcle),再经过分光镜后产生两条光路,其中一路直接被CCD传感器接收(中ccd传感器的黑色焦点),另一路(图中的黑色光路)经过物镜后准直后出射,准直表示ccd传感器与物镜的主表面刚好是一个焦距的距离,产生的出射光束为平行准直光,准直光线被镜子或其他高质量的反射表面反射,并被物镜捕获,在ccd传感器上产生清晰的焦点(图中的红色光路)。

通过以上原理,可以知道镜子的偏差量为A,导致原视线A。假设物镜的焦距用FL来表示,那么镜子的偏差就可以根据这个关系来确定。A=X/2FL。由这个公式可知,反射角度与光源到反射镜的距离无关。而且通过实验经验可知,焦距FL越大,分辨率越高,但是也会导致视野更小,很难收到反射的信号。

因此在光学自准直仪的基础上,采用电子方法具有数据记录完全客观的优势,而且有计算机接口,不像光学自动准直仪那样体积大、精度低。为了准确地交付和生产复杂的光学系统,需要精心设计的互调方法,完善和更新已有的方法。因此,Duma Optronics设计并升级了电子自动准直器的性能,并将其与创新的光学不变量的机械操作相结合,如横向转移空心潜望镜,以大大改善和扩大相互对准程序。

特别值得关注的是动准直仪,因为它结合了激光分析技术和角度反射技术。自动准直器装置包括两个融合为一体的仪器;一个是电子自动准直器,第二个是光束轮廓测量系统。这种组合与一些额外的光学装置是在激光器和光学设备的对准和角度分析方面非常有用。下图为Duma Optronics设计的一种新型的激光自动准直仪,其内置的激光束剖析功能可以分析传入的准直光束,以测量发散度和传入与自准直仪中心的角度。此外,通过一个内置的聚焦旋钮,可以确定机械系统的精确中心位置。

本图片描述了一个融合了CCD传感器的激光自动准直仪,能够进行激光束剖析,其孔径接受镜面反射的十字线激光和外部进入的激光束。软件和一个特殊的过滤器滑块允许同时检查自动准直仪和进入的激光束之间的相对角度偏差。这项专利技术可以实现各种对准。对于涉及几个光学瞄准线的复杂对准,开发了一个专有设备LOD(图三),以消除瞄准线之间的视差影响。

将激光分析器的自动准直器与LOD结合起来,为许多复杂的对准打开了大门,否则,这些对准是相当困难和耗时的。为了进一步了解相互对准的复杂性,接下来我们介绍一个典型案例,激光器腔体对准.,测试光束传输系统的精度和测试机械加工用辊子的平行度。关于激光器腔体对准有许多方案,现在我们将目光聚焦于在高功率的应用上,即几个管子与一个谐振腔一起工作,激光束用折叠镜引导。CO2激光器的典型输出是每米腔体长度600瓦,总的激光束输出可以达到6千瓦。再延长激光腔的长度是通过串联几个管子实现的。沿着激光腔的方向,利用反射镜折叠腔体,可以建造相对紧凑的二氧化碳激光器。商业CO2激光器一般使用六个管子(和十个转动的镜子)的结构实现高功率输出。下图描述了二氧化碳激光器的工作原理和典型的折叠配置;也可以使用三维折叠配置。

这种方案是延长有源长度的首选方法,因为其能够同时很大限度地减少了整体尺寸和电源成本。光腔被折叠一次,利用两个并排放置的等离子管。在这种方案中,光腔的正确对准是至关重要的,尤其是在堆积起来的时候。激光束和光腔的轴线应该完全重合。关键是激光束要完全耦合到光腔的基本(纵向)空间模式,而不是完全耦合到高阶(离轴)空间模式。激光束和腔体之间的横向位移或角度不匹配会对总光束功率及其模式产生不必要的影响。通过实施严格的对准程序,这些影响可以被更小化。此外,对准机械基准点可以提高生产的可重复性和更换激光器时的停机成本。

需要进行的对准包括:激光管之间的对准和机械基准的对准,折叠式后视镜的对准,对准指向性可见激光器和空腔反射镜。下面的三维实体图显示了必要的布局。我们首先通过使用LOD的平移和滚动功能,将自动准直仪对准机械基准,将其视线指向反射基准。接下来,通过使用安装在激光管上的V型块,我们将激光管对准彼此和机械基准线。这是通过LOD设备将自动准直器的视线转移到安装在二氧化碳管顶部的反射元件上, 并相应地调整管子来进一步实现的。外部激光器也可以被调整到相同的视线,并通过第一根管子投射到折叠镜上,从而能够调整折叠镜,直到实现入射光束和返回光束之间的完美平行。

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