一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統的製作方法
2023-10-11 13:52:54 1
一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統，該方法包括：雷射器發出的雷射光束垂直入射到雷射光束分析儀探測面上，測量並記錄所述雷射光束在所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；在所述雷射器發出的雷射光束的光路中放置一個楔鏡，調節楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使雷射光束透過所述楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上；測量並記錄通過所述楔鏡折射後的雷射光束在所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。通過本發明提供的方法及系統，通過計算出探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，能夠對雷射光束分析儀探測面進行精確定位。
【專利說明】一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及儀器校準【技術領域】，尤其涉及一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統。
【背景技術】
[0002]雷射光束分析儀基於所探測的雷射光束橫截面內光強分布信息，可實現顯示光強分布的二維圖像，計算分析光束寬度、發散角、質心位置、橢圓率、高斯擬合等參量，常用於診斷雷射光束，控制光束質量，描述光束傳輸特性，主要應用於雷射微細加工、醫用雷射診斷治療、雷射雷達、慣性約束核聚變等領域。
[0003]在使用雷射光束分析儀的時候，經常需要確定雷射光束分析儀探測面的位置，但是，由於雷射光束分析儀探測面通常位於雷射光束分析儀探測器接收口內，對探測面的位置主要是通過目測的方法來確定。
[0004]根據以上描述可以看出，採用目測來確定探測面的位置，不能對探測面進行精確定位。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統，能夠對雷射光束分析儀探測面進行精確定位。
[0006]一方面，本發明提供了一種雷射光束分析儀探測面定位方法，所述方法包括:
[0007]雷射器發出的雷射光束垂直入射到雷射光束分析儀探測面上，測量並記錄所述雷射光束在所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；
[0008]在所述雷射器發出的雷射光束的光路中放置一個楔鏡，調節楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使雷射光束透過所述楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上；
[0009]測量並記錄通過所述楔鏡折射後的雷射光束在所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；
[0010]計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。
[0011]進一步地，所述計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，包括:
[0012]根據所述質心位置(clx，Cly)和質心位置(c2x，c2y)，得出兩個質心的距離d ；
[0013]根據公式P=BrcSinOi1Sina / n2)-a得出所述折射後的雷射光束的偏折角β,其中，楔鏡的上楔角a，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率n2 ；
[0014]根據公式L = d / tani3計算出雷射光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
[0015]另一方面，本發明提供了一種雷射光束分析儀探測面定位系統，所述系統包括:
[0016]雷射器、楔鏡、雷射光束分析儀，計算模塊；
[0017]所述雷射器，用於發出雷射光束，使雷射器發出的雷射光束垂直入射到所述雷射光束分析儀探測面上；
[0018]所述楔鏡，用於折射所述雷射器發出的雷射光束，使所述雷射器發出的雷射光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使所述雷射光束透過楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上；
[0019]所述雷射光束分析儀，用於測量並記錄所述雷射器發出的雷射光束不經過楔鏡折射直接垂直入射到所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置，並且還用於測量並記錄所述雷射器發出的雷射光束經過楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；
[0020]所述計算模塊，用於根據所述雷射光束分析儀測量並記錄的質心位置，計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。
[0021]進一步地,所述系統包括:
[0022]楔鏡固定裝置，用於固定所述楔鏡和帶動楔鏡一起翻轉，使楔鏡不在所述雷射器發出的雷射光束的光路上或回到該光路上，並使楔鏡再次回到光路中後與之前在光路中時，雷射光束的入射點和入射角不變。
[0023]進一步地，所述計算模塊具體用於，
[0024]根據質心位置(clx，cly)和質心位置(c2x，c2y)，得出兩個質心的距離d ；
[0025]根據公式β =arcsin Oi1Sin α / η2) - α得出折射後的雷射光束的偏折角β，其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率η2 ；
[0026]根據公式L = d / tani3計算出雷射光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
[0027]進一步地，所述楔鏡的上楔角的度數小於10°。
[0028]通過本發明提供的一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統，用雷射光束分析儀來精確測得雷射光束的光斑的質心位置，根據已知的參數能夠計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，由於在雷射器和楔鏡的位置保持不變的情況下，楔鏡上的雷射光束出射點的位置是不變的，因此測得雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離也就確定了雷射光束分析儀探測面的位置，實現了對雷射光束分析儀探測面進行精確定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是根據本發明一實施例提供的一種雷射光束分析儀探測面定位方法流程圖；
[0031]圖2是根據本發明一實施例提供的一種計算出探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離的方法流程圖；
[0032]圖3是根據本發明一實施例提供的光束在楔鏡中的折射示意圖；
[0033]圖4是根據本發明一實施例提供的一種雷射光束分析儀探測面定位系統結構示意圖；
[0034]圖5是根據本發明一實施例提供的另一種雷射光束分析儀探測面定位系統結構示意圖；
[0035]圖6是根據本發明一實施例提供的另一種雷射光束分析儀探測面定位方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0037]在雷射光束分析儀的應用過程中，經常需要確定雷射光束分析儀探測面的位置，但是，由於雷射光束分析儀探測面通常位於探測器接收口內，對探測面的位置主要是通過目測的方法來確定。為了能夠準確的定位探測面的位置，本發明實施例提供了一種雷射光束分析儀探測面定位方法，參加圖1，該方法包括:
[0038]步驟101:雷射器發出的雷射光束垂直入射到雷射光束分析儀探測面上，記錄雷射光束在雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；
[0039]步驟102:在雷射器發出的雷射光束的光路中放置一個楔鏡，調節楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使雷射光束透過楔鏡折射後入射到雷射光束分析儀探測面上；
[0040]步驟103:記錄通過楔鏡折射後的雷射光束在雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；
[0041]步驟104:計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。
[0042]需要說明的是，在本實施例提供的方法中，在雷射器和楔鏡的位置保持不變的情況下，楔鏡上的雷射光束出射點的位置是不變的，通過測量雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，可精確定位雷射光束分析儀探測面。當多個雷射光束分析儀要確定他們之間的相對位置時，可以以楔鏡上的雷射光束出射點為參照點，分別測量各個雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，對各個雷射光束分析儀探測面進行定位。例如在對雷射光束分析儀的光束寬度值的校準時，需要保證標準儀器和被測儀器的探測面的位置重複，否則會造成較大的誤差，可以通過本發明實施例提供的方法來分別對標準儀器和被測儀器進行定位，通過分別計算出標準儀器的探測面和被測儀器的探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，對標準儀器或被測儀器進行調整，使標準儀器的探測面和被測儀器的探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離相等，即可實現標準儀器和被測儀器的探測面的位置重複。
[0043]參見圖2，通過以下步驟來計算出探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。如圖3所示，光束在楔鏡中的折射示意圖，其中，包括:楔鏡、楔鏡的上楔角α、折射後的光束的偏折角β、探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離L、兩個質心的距離d、入射光線、折射光線，具體步驟包括:
[0044]步驟201:根據質心位置(clx，cly)和質心位置(c2x，c2y)，得出兩個質心的距離d ；
[0045]步驟202:根據公式β = arcsin Oi1Sin α / η2)-α得出折射後的光束的偏折角β，其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率η2 ；[0046]步驟203:根據公式L = d / tani3計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離L。
[0047]另外，本發明實施例還提供了一種雷射光束分析儀探測面定位系統，參見圖4，該系統包括:
[0048]雷射器401、楔鏡402、雷射光束分析儀403，計算模塊404 ；
[0049]雷射器401，用於發出雷射光束，使雷射器發出的雷射光束垂直入射到雷射光束分析儀403探測面上；
[0050]楔鏡402，用於折射雷射器401發出的雷射光束，使雷射器發出的雷射光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使雷射光束透過楔鏡折射後入射到雷射光束分析儀探測面上；
[0051]雷射光束分析儀403，用於測量並記錄雷射器發出的雷射光束不經過楔鏡折射直接垂直入射到雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置，並且還用於測量並記錄雷射器發出的雷射光束經過楔鏡折射後入射到雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置；
[0052]計算模塊404，用於根據雷射光束分析儀403測量並記錄的質心位置，計算出雷射光束分析儀403探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。
[0053]其中，雷射器可以米用光束質量良好、發散角小、性能穩定的氦氖雷射器。
[0054]另外，為了使測量結果準確，需要固定楔鏡，在該系統中，增加了楔鏡固定裝置405，用於固定楔鏡402和帶動楔鏡402 —起翻轉，使楔鏡402不在雷射器401發出的雷射光束的光路上或回到該光路上，並使楔鏡402再次回到該光路中後與之前在光路中時，雷射光束的入射點和入射角不變。
[0055]該系統中的楔鏡可以使用光學楔鏡，楔鏡的上楔角的角度小於10°。
[0056]其中，雷射光束分析儀可以用於根據質心位置計算出探測面到楔鏡上的光束出射點的距離。
[0057]在進行探測面定位時，雷射器發出的雷射光束垂直於雷射光束分析儀探測面，在測量過程中雷射器和雷射光束分析儀的位置保持不變。
[0058]下面通過一個具體的實施例來詳細說明本發明一個實施例的實現過程。
[0059]在本實施例中，參見圖5，是本實施例系統的示意圖，圖中包括:雷射器501、楔鏡502、雷射光束分析儀503、雷射光束分析儀的探測面504、可翻轉的機械件505、入射光線、折射光線、未折射前的光線、楔角α、偏折角β、兩個質心的距離d、探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離L、虛線的三角形表示楔鏡不在雷射光束光路中的位置。其中，楔鏡502位於雷射器501和雷射光束分析儀503之間，並且楔鏡502固定在可翻轉的機械件505上，該可翻轉的機械件505可以帶動楔鏡502 —起翻轉，使楔鏡502不在光路上或回到光路上，並使楔鏡再次回到光路中後與之前在光路中時，雷射光束的入射點和入射角不變。
[0060]本實施例選用氦氖雷射器，雷射器輸出TEMOO模高斯光束，光束髮散角為
1.6mrad,雷射器預熱30分鐘以上，保證輸出光束穩定。選用光學楔鏡，其上楔角α為
2.78°，楔鏡的折射率Ii1為1.516，空氣的折射率為η2為1.000。楔鏡安裝在二維調節鏡架上，鏡架固定在可垂直翻轉的機械件上。具體步驟參見圖6，如下:
[0061]步驟601:調節楔鏡使雷射光束垂直入射到楔鏡的垂直面，通過可垂直翻轉的機械件固定楔鏡，該機械件能夠使楔鏡不在雷射器發出的雷射光束的光路上或回到光路上，並使楔鏡再次回到光路中後與之前在光路中時，雷射光束的入射點和入射角不變，固定雷射器;
[0062]步驟602:調節待測的雷射光束分析儀，使雷射器發出的雷射光束垂直於雷射光束分析儀的探測面，並且使經過楔鏡折射後的雷射光束能夠入射到該雷射光束分析儀探測面上；
[0063]步驟603:將雷射光束垂直入射到該雷射光束分析儀探測面上，記錄光束在雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置(clx, cly)為(4.147mm, 3.139mm)；
[0064]步驟604:通過可垂直翻轉的機械件翻轉楔鏡，使楔鏡處於雷射光束的光路中，記錄通過該楔鏡折射後的雷射光束在雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置(c2x，c2y)為(1.570mm, 3.014mm)；
[0065]步驟605:根據公式d = - c2x)2 + (c。- C2J2計算兩個質心的距離d=2.580mm,根據公式β = arcsin Oi1Sina / n2)-a計算折射後的微光光束的偏折角β=1.432° ,根據公式L = d / tani3，得出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離L=103.3mmη
[0066]通過上述描述可見，本發明實施例具有如下的有益效果:
[0067]通過本發明實施例提供的一種雷射光束分析儀探測面定位方法及系統，用雷射光束分析儀來精確測得雷射光束的光斑的質心位置，根據已知的參數能夠計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，由於在雷射器和楔鏡的位置保持不變的情況下，楔鏡上的雷射光束出射點的位置是不變的，因此測得雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離也就確定了雷射光束分析儀探測面的位置，實現了對雷射光束分析儀探測面進行精確定位。
[0068]需要說明的是，在本文中，`諸如第一和第二之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同因素。
[0069]本領域普通技術人員可以理解:實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬體來完成，前述的程序可以存儲在計算機可讀取的存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括:R0M、RAM、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質中。
[0070]最後需要說明的是:以上所述僅為本發明的較佳實施例，僅用於說明本發明的技術方案，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種雷射光束分析儀探測面定位方法，其特徵在於，所述方法包括: 雷射器發出的雷射光束垂直入射到雷射光束分析儀探測面上，測量並記錄所述雷射光束在所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置； 在所述雷射器發出的雷射光束的光路中放置一個楔鏡，調節楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使雷射光束透過所述楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上；測量並記錄通過所述楔鏡折射後的雷射光束在所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置； 計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離，包括: 根據所述質心位置(clx，cly)和質心位置(c2x，c2y)，得出兩個質心的距離d ； 根據公式β =arcsin Oi1Sin α / η2)-α得出所述折射後的雷射光束的偏折角β ,其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率η2 ； 根據公式L = d / tani3計算出雷射光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
3.一種雷射光束分析儀探測面定位系統，其特徵在於，所述系統包括: 雷射器、楔鏡、雷射光束分析儀，計算模塊； 所述雷射器，用於發出雷射光束，使雷射器發出的雷射光束垂直入射到所述雷射光束分析儀探測面上； 所述楔鏡，用於折射所述雷射器發出的雷射光束，使所述雷射器發出的雷射光束垂直入射到楔鏡的垂直面，並使所述雷射光束透過楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上； 所述雷射光束分析儀，用於測量並記錄所述雷射器發出的雷射光束不經過楔鏡折射直接垂直入射到所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置，並且還用於測量並記錄所述雷射器發出的雷射光束經過楔鏡折射後入射到所述雷射光束分析儀探測面上的光斑的質心位置； 所述計算模塊，用於根據所述雷射光束分析儀測量並記錄的質心位置，計算出雷射光束分析儀探測面到楔鏡上的雷射光束出射點的距離。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述系統包括: 楔鏡固定裝置，用於固定所述楔鏡和帶動楔鏡一起翻轉，使楔鏡不在所述雷射器發出的雷射光束的光路上或回到該光路上，並使楔鏡再次回到光路中後與之前在光路中時，雷射光束的入射點和入射角不變。
5.根據權利要求3或4所述的系統，其特徵在於，所述計算模塊具體用於， 根據質心位置(Clx，Cly)和質心位置(c2x，C2y)，得出兩個質心的距離d ; 根據公式β =arcsin Oi1Sin α / η2)-α得出折射後的雷射光束的偏折角β,其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1,空氣折射率η2 ； 根據公式L = d / tani3計算出雷射光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
6.根據權利要求3或4所述的系統，其特徵在於， 所述楔鏡的上楔角的度數小於10°。
【文檔編號】G01J1/00GK103487237SQ201310414146
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】王豔萍, 馬衝, 王茜蒨 申請人:中國計量科學研究院