專利名稱：一種無衍射光束漂移的二維探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無衍射光束漂移的二維探測(cè)裝置， 用于小的無衍射光束漂移量的檢測(cè)。其中，無衍射光束漂移量包括無衍射光發(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(dòng)、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。此裝置適用于需要嚴(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)。
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(diǎn)，常被作為測(cè)量的準(zhǔn)直基準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于超精密加工與測(cè)量設(shè)備中。但激光器發(fā)射的激光束常會(huì)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(jí)準(zhǔn)直后光束的漂移量分解為平漂量和角漂量，分別對(duì)其進(jìn)行高精度鎖相放大檢測(cè)，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(cè)量采用透鏡聚焦成像原理和分解測(cè)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(diǎn)，因此，此測(cè)量方法不適用于無衍射光束漂移的測(cè)量，特別是不適用于無衍射光束受振動(dòng)影響的漂移誤差的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明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(cè)裝置，該裝置通過雙圖像探測(cè)器探測(cè)無衍射光束的光束漂移，使雙圖像探測(cè)器同步探測(cè)就可探測(cè)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(dòng)、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(shí)現(xiàn)無衍射光束的光束漂移及其受振動(dòng)、溫度變化影響的漂移誤差的二維精密探測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的無衍射光束漂移二維探測(cè)裝置包括兩個(gè)45 °分光鏡、兩個(gè)成像透鏡組、兩個(gè)高速圖像探測(cè)器和連接兩個(gè)高速圖像探測(cè)器的計(jì)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(gè)高速圖像探測(cè)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(cè)器上；另一路透射到另一個(gè)高速圖像探測(cè)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(cè)器上。兩個(gè)高速圖像探測(cè)器同步探測(cè)出光束截面圖像并輸入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行快速比較處理，即可探測(cè)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(cè)器的小像面。當(dāng)兩個(gè)高速圖像探測(cè)器的同步性< 1ms，可探測(cè)500Hz以下的無衍射光束漂移，即光束自身的漂移及振動(dòng)、 溫度變化對(duì)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(dòng)、溫度變化對(duì)輸出的無衍射光束影響的漂移誤差。本發(fā)明的無衍射光束漂移二維探測(cè)裝置測(cè)量無衍射光束中心的平動(dòng)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(shí)時(shí)測(cè)量。本裝置的平漂量測(cè)量精度彡lum、角漂量測(cè)量精度< 0. 15〃 (0. 73urad)、平漂量測(cè)量范圍> 士0. 3mm、角漂量測(cè)量范圍>士20"。本發(fā)明適用于嚴(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(cè)量精度會(huì)降低。


圖1為本發(fā)明的一種二維探測(cè)裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的基于莫爾條紋技術(shù)的無衍射光束漂移的二維探測(cè)裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明另一種改進(jìn)的二維探測(cè)裝置的光路示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，定義直角絕對(duì)坐標(biāo)系為無衍射光束從第一個(gè)45°分光鏡透射到第二個(gè)45°分光鏡的方向?yàn)閄軸正向；無衍射光束在第一個(gè)45°分光鏡出射后入射到高速圖像探測(cè)器的方向?yàn)閆軸正向；Y軸符合右手法則。繞Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)為f，X正到Z正定義為f轉(zhuǎn)角的正方向(即逆時(shí)針為正)；繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)為1，Z正到Y(jié)正定義為1轉(zhuǎn)角的正方向。下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。被測(cè)對(duì)象即無衍射光束發(fā)生器1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(cè)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(cè)器7上。使兩個(gè)高速圖像探測(cè)器實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)同步的探測(cè)出光束截面圖像并輸入計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)8進(jìn)行快速比較處理，即可探測(cè)無衍射光束漂移誤差。當(dāng)同步性< 1ms，可實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的探測(cè)出500Hz以下的無衍射光束漂移誤差，特別是振動(dòng)、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(diǎn)處的漂移量(Ay，Δζ,Δγ, Δ2)，其中，Ay和 Δ ζ為光束沿y軸和ζ軸的平漂量，Δ 和Δ2分別為光束繞1軸和ζ軸的角漂量，分光鏡2到高速圖像探測(cè)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(cè)器7的當(dāng)量距離為L20，則高速圖像探測(cè)器4上的無衍射光束中心的變化量
權(quán)利要求
1.一種無衍射光束漂移的二維探測(cè)裝置，用于對(duì)無衍射光的光束漂移進(jìn)行探測(cè)，該裝置包括兩個(gè)45°分光鏡0，5)、兩個(gè)成像透鏡組(3，6)、兩個(gè)圖像探測(cè)器(4，7)和連接所述兩個(gè)圖像探測(cè)器G，7)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(8)；無衍射光束發(fā)生器(1)發(fā)射的無衍射光首先入射到第一個(gè)45°分光鏡O)，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(gè)成像透鏡組C3)后成像在其中一個(gè)圖像探測(cè)器(4)上；另一路透射光入射到另一個(gè)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(gè)高速圖像探測(cè)器(7)上，兩個(gè)圖像探測(cè)器G、7)同步探測(cè)出光束截面圖像，并輸入到所述計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)(8)進(jìn)行比較處理，即可探測(cè)出無衍射光的光束漂移量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維探測(cè)裝置，其特征在于，所述的第一個(gè)45°分光鏡(2) 與所述其中一個(gè)成像透鏡組C3)之間、以及所述另一個(gè)45°分光鏡( 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1或2所述的二維探測(cè)裝置，其特征在于，所述另一個(gè)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1-3之一所述的二維探測(cè)裝置，其特征在于，所述另一個(gè)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(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的二維探測(cè)裝置，其特征在于，所述光束漂移量通過如下公式計(jì)算得到'Ay = Ay23Δζ = Ar26 - (L20 + L21)χ (Δχ 26 - Δχ 23) / L21 <Ay = (Ax26-Ax23)/L21Δ2 = -(Δγ26-Δγ23)/(Ζ20 + Ζ2 )其中，Δ y和Δ ζ為光束沿y軸和ζ軸的平漂量，Δ 和Δ2分別為光束繞y軸和ζ軸的角漂量，其中，無衍射光束從所述第一個(gè)45°分光鏡透射到所述另一個(gè)45°分光鏡的方向?yàn)?X軸正向，無衍射光束在該第一個(gè)45°分光鏡出射后入射到所述其中一個(gè)圖像探測(cè)器的方向?yàn)閆軸正向，Y軸符合右手法則；L20為兩45°分光鏡(2，5)到對(duì)應(yīng)的圖像探測(cè)器(4，7) 的當(dāng)量距離，L21為所述第一個(gè)45°分光鏡(2)到所述另一個(gè)45°分光鏡(5)的當(dāng)量距離； (Δχ23, Ay23)為所述其中一個(gè)圖像探測(cè)器⑷上的無衍射光束中心的變化量，(Δχ26, Ay26) 所述另一個(gè)圖像探測(cè)器(7)上的無衍射光束中心的變化量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無衍射光束漂移的二維探測(cè)裝置，包括兩個(gè)45o分光鏡、兩個(gè)成像透鏡組、兩個(gè)高速圖像探測(cè)器和連接所述兩個(gè)圖像探測(cè)器的計(jì)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(gè)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(gè)成像透鏡組后成像在其中一個(gè)高速圖像探測(cè)器上；另一路透射光入射到另一個(gè)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(gè)高速圖像探測(cè)器上，兩個(gè)圖像探測(cè)器同步探測(cè)出光束截面圖像，并輸入到計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行比較處理，探測(cè)出無衍射光的光束漂移。本發(fā)明的二維探測(cè)裝置測(cè)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(shí)時(shí)測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102175187SQ20111004278
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者張坤, 張新寶 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)