靶面焦斑監測裝置的製作方法

2023-06-27 07:28:26

專利名稱：靶面焦斑監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種瞄靶系統，特別是一種為超短超快雷射裝置提供模擬光束、 同時對靶面焦斑進行監測的裝置。
背景技術：
在超短超快雷射裝置中，雷射束經靶鏡聚焦後在靶面上形成一個焦斑，此焦斑 的形狀、尺寸及其在靶面的位置精度對於雷射打靶的效率起著關鍵的作用，所以對 靶鏡的調校就顯得十分重要。但是由於實際打靶的雷射光束的發射時間很短，且功 率很高，不能用作調校光學元件的參考光束。因此，打靶前一般都採用連續發射的 模擬光束代替實際打靶光束作為參考光束來調校光學元件。在先技術中， 一般採用圖1所示的結構的裝置為超短超快雷射裝置提供模擬光 束，並對靶面焦斑的尺寸與位置進行監測。由雷射光源l發出的一束細的平行光束 沿打靶光束的光軸導入靶室2，作為模擬光束，再經靶鏡203聚焦到靶204上。由 靶204表面所產生的散射光透過窗口玻璃205，由長焦距顯微鏡3接收成像並顯示 到監視器12上。上述在先技術的缺點是1. 提供的模擬光束口徑遠小於實際打靶光束，不能真實反映實際打靶光束經靶 鏡聚焦後的焦斑情況，因此不能以模擬光束來對靶鏡相對於靶面的位置進行精密調整。2. 普通長焦距顯微鏡的放大倍率較小，焦深大，對耙面焦斑的尺寸與位置的測 量精度低。3. 需要佔用靶室上的觀測窗口。發明內容本實用新型的目的在於克服上述在先技術的缺點，提供一種靶面焦斑監測裝置， 該裝置既能夠提供與實際打耙雷射束口徑相同的平行雷射束，同時又可以以較高的 放大倍率對靶點進行監測，以提高靶鏡的調整精度，從而提高雷射打革E的效率。本實用新型的技術解決方案如下一種用於雷射打靶的靶面焦斑監測裝置，其特點是包括平行雷射束髮射光路，包括雷射光源及沿該雷射光源的出射光方向依次的反射 鏡、聚焦鏡、分光稜鏡和主物鏡構成，所述的聚焦鏡的焦點位於主物鏡的焦面上；靶面成像光路，由依次的主物鏡、分光稜鏡、由初級顯微物鏡和次級變倍顯微 物鏡組成，所述的主物鏡的焦點位於初級顯微物鏡9的物面上，初級顯微物鏡9的 像平面與次級變倍顯微物鏡10的物面重合；所述的平行雷射束髮射光路與靶面成像光路通過所湖勺分光稜鏡實現共光路；光軸對接系統，由第一反射鏡和第二反射鏡組成，所述的第一反射鏡和第二反 射鏡都具有沿光軸移動、作俯仰與旋轉運動的調節機構；圖像接收系統，包括CCD攝像機和監視器，所述的CCD攝像機位於所述的次 級變倍顯微物鏡的像平面，所述的CCD攝像機的輸出與所述的監視器相連。所述的主物鏡是一擴束準直透鏡，其擴束後的通光口徑等於待監測的雷射打靶 光束的口徑。本實用新型與在先技術相比，具有以下技術效果1、 靶鏡的調節精度高。該裝置可以提供大口徑的平行雷射束，其口徑與實際 打耙光束口徑相等，能夠真實反映出打耙雷射束經耙鏡聚焦後耙面焦斑的 形狀、尺寸與位置情況，從而可提高靶鏡的調節精度。2、 靶面焦斑形狀、尺寸與位置的檢測精度高。由於該裝置具有較高的放大倍 率，可以實現對靶面焦斑參數的精確監測。3、 光軸對接方便。光軸對接系統由第一反射鏡和第二反射鏡組成，兩者的組 合調節可以方便地實現模擬光束光軸和打靶光束光軸的對接。4、 結構緊湊。該裝置採用一體化的設計，不佔用靶室上的觀測窗口。


圖1是在先技術採用細平行光束和長焦距顯微鏡瞄靶裝置的結構示意圖。 圖2是本實用新型的耙面監控裝置的結構示意圖。
具體實施方式
請參閱圖2，圖2是本實用新型的靶面焦斑監測裝置的結構示意圖。由圖可以 看出，本實用新型的靶面焦斑監測裝置包括平行雷射束髮射光路、靶面成像光路、 光軸對接系統和圖像接收系統。所述的平行雷射束髮射光路用來發射模擬光束，耙 面成像光路接收靶面焦斑發出的散射光從而對耙面成像，光軸對接系統實現本實用 新型靶面焦斑監測裝置的光軸和打靶光束的光軸的對接，圖像接收系統用來接收靶 面成像光路所成的靶面像並在監視器上顯示出來，通過計算CCD攝像機接收到的耙 面焦斑圖像尺寸，可以精確測定靶面焦斑的實際尺寸。所述的平行雷射束髮射光路，包括雷射光源1及沿該雷射光源1的出射光方向 依次的反射鏡4、聚焦鏡5、分光稜鏡6和主物鏡7構成，所述的聚焦鏡5的焦點位 於主物鏡7的焦面上；所述的靶面成像光路，由依次的主物鏡7、分光稜鏡6、由初級顯微物鏡9和次級變倍顯微物鏡10組成，所述的主物鏡7的焦點位於初級顯微物鏡9的物面上，初 級顯微物鏡9的像平面與次級變倍顯微物鏡10的物面重合；所述的平行雷射束髮射光路與靶面成像光路通過所述的分光稜鏡6實現共光路；所述的光軸對接系統8由第一反射鏡801和第二反射鏡802組成，所述的第一 反射鏡801和第二反射鏡802都具有沿光軸移動、作俯仰與旋轉運動的調節機構； 利用兩塊反射鏡的組合運動可以方便地實現本實用新型靶面焦斑監測裝置的光軸和 打靶雷射光束的光軸對接。所述的圖像接收系統，包括CCD攝像機11和監視器12,所述的CCD攝像機 11位於所述的次級變倍顯微物鏡10的像平面，所述的CCD攝像機11的輸出與所 述的監視器12相連。所述的主物鏡7是一擴束準直透鏡，其擴束後的通光口徑等於待監測的雷射打 靶光束的口徑。典型的靶室系統2包括窗口玻璃201、 45°反射鏡202、靶鏡203和靶204。平 行雷射束髮射光路發出的模擬光束依次經過窗口玻璃201和45°反射鏡202後，由 靶鏡203聚焦到靶204上。由靶204表面所產生的後向散射光，經靶鏡203、 45°反 射鏡202、窗口玻璃201和光軸對接系統8後進入革巴面成像光路，所成的靶面像由 CCD攝像機11接收並顯示在監視器12上。本實用新型與在先技術相比，本實用新型的特點在於 平行雷射束髮射光路提供的模擬光束的口徑和打靶光束的口徑相同； 由第一反射鏡801和第二反射鏡802組成光軸對接系統8，可以方便的實現模 擬光束的光軸和打耙雷射光束的光軸對接；初級顯微物鏡9和次級變倍顯微物鏡10組成了兩級放大系統； 通過計算CCD攝像機11接收到的靶面焦斑圖像尺寸，可以精確測定靶面焦斑 的實際尺寸，從而為靶鏡203的調節提供依據； 平行雷射束髮射光路和靶面成像光路共光路。所述的模擬光束由平行雷射束髮射光路提供。平行雷射束髮射光路由雷射光源 1、反射鏡4、聚焦鏡5、分光稜鏡6和主物鏡7等組成。雷射光源l發出的細雷射 束經反射鏡4偏轉卯°後由聚焦鏡5聚焦，聚焦點位於主物鏡7的焦面上，經主物 鏡7準直後變為口徑和打靶光束口徑相當的平行光束。當模擬光束的口徑和打耙光 束的口徑相一致時，可模擬出打靶時的實際情況，提高靶鏡的調節精度，從而提高 打靶的效率。所說的光軸對接系統8由第一反射鏡801和第二反射鏡802組成，兩個反射鏡 可分別沿x軸方向和y軸方向一維移動，並均可作俯仰與旋轉運動。通過調節第一 反射鏡801和第二反射鏡802，可以在不整體移動本實用新型裝置的情況下，實現模擬光束的光軸和打靶光束光軸的精確對接，從而大大提高了系統的可靠性和穩定 性。所說的兩級放大系統由初級顯微物鏡9和次級變倍顯微物鏡10組成。由靶204 表面所產生的後向散射光，經聚焦靶鏡203、 45°反射鏡202、窗口玻璃201和光軸 對接系統8後進入靶面成像光路，首先由主物鏡7聚焦，焦點位於初級顯微物鏡9 的物面上，山初級顯微物鏡9進行初級放大。經過初級放大後的像點位於次級變倍 顯微物鏡10的物面上，由次級變倍顯微物鏡10進行二級放大。次級變倍顯微物鏡 IO可以在物像共軛距不變的情況下，對物點進行連續變倍率放大。在小放大倍率時， 觀測的視場較大，可以對靶鏡進行粗調；在大放大倍率時，可以對靶鏡進行更精確 的調節。採用所說的兩級放大系統可以在縮小系統體積的同時得到較高的放大倍率， 從而獲得高的靶面焦斑測量精度；而且由於採用了次級變倍顯微物鏡IO，又可以兼 顧視場，從而可提高耙鏡的調節效率。在先技術中，要想實時地觀測到靶面焦斑的情況，必須在靶室上預留窗口，採 用長焦距顯微鏡進行觀測。本實用新型靶面焦斑監控裝置的平行雷射束髮射光路和 耙面成像光路實現了一體化，可以對耙面焦斑進行實時監控，同時又不佔用其它資 源。本實用新型的靶面焦斑監測裝置的工作過程為雷射光源l發出的細雷射束經反射鏡4後由聚焦鏡5聚焦，再經主物鏡7擴束準直，變為口徑和打靶光束相當的 平行光，然後由光軸對接系統8導入靶室系統2，經過窗口玻璃201和45°反射鏡202 後，由靶鏡203聚焦到靶204上。由靶204表面所產生的後向散射光，經靶鏡203、 45°反射鏡202、窗口玻璃201和光軸對接系統8後，首先由主物鏡7聚焦，再由初 級顯微物鏡9和次級變倍顯微物鏡10進行兩級放大，所成的耙面像由CCD攝像機 11接收並顯示在監視器12上。如果靶鏡的位置處在理想狀態，則監視器12上的靶 面焦斑圖像為圓形或橢圓形，且其尺寸為最小。如果靶鏡的位置與理想位置有偏差， 則看到的靶面像為其它不規則形狀，且其尺寸較大，這時可對靶鏡進行調節，直到 靶面焦斑像的形狀為最好且尺寸為最小。由於耙鏡203、主物鏡7、初級顯微物鏡9 和次級變倍顯微物鏡10的參數是已知的，通過計算CCD攝像機11接收到的？E面焦 斑圖像尺寸，可以精確測定耙面焦斑的實際尺寸，從而為耙鏡203的調節提供依據。 靶203表面焦斑尺寸的測量方法是設靶鏡203的焦距為f,'，主物鏡7的焦 距為f2'，初級顯微物鏡9的放大倍率為p,，次級變倍顯微物鏡10的放大倍率為(32， 則從靶204表面到CCD攝像機11的光學成像倍率為(3-(f2'/fr)xp,xP2。如果CCD攝 像機11接收到的靶面焦斑圖像直徑為D，則耙203表面焦斑的實際直徑d可計算如 下，d=D/p。本實用新型的最佳實施例的具體結構和參數如下實際打靶光束的波長為800nm。靶鏡203為離軸拋物面反射鏡，其焦距fr-480mm，通光口徑為016Omm。 雷射光源1採用He-Ne雷射器，波長為632.8nm,輸出功率為5mW，光束口徑 為2mm。主物鏡7的焦距f2'=903.1mm，通光口徑為(j)160mm，設計時對波長632.8nm和 800nm消色差。分光稜鏡6的透射面對632.8 nm波長鍍增透膜，分光面對632.8 rnn波長鍍半反 半透膜。第一反射鏡801和第二反射鏡802的工作面對632.8 nm和800nm波長鍍全反射 膜，反射率大於98%。窗口玻璃201對632.8 nm波長鍍增透膜。45°反射鏡202的反射面對800nm波長鍍全反射膜，同時對632.8nm波長的透過率為90%;背面對632.8nm波長鍍增透膜。初級顯微物鏡9採用4x顯微物鏡頭，即初級顯微物鏡9的放大倍率p產4倍。次級變倍顯微物鏡10的放大倍率p2K).7x 4.5x，連續可調。CCD攝像機11為1/3"黑白CCD攝像機，其靶面尺寸為4.8mmx3.6mm，像素尺寸為6,51(jmx6.36(oxn。由上述參數計算可知，從靶204表面到CCD攝像機11的光學成像倍率0=5.26倍~33.86倍，所以對於耙204表面的視場範圍為(0.14 0.91)mmx(0.11 0.68)mm，對於焦斑尺寸的測量解析度為1.24^mi 0.27^im。採用本實用新型靶面焦斑監測裝置作為調校工具，對通光口徑為糹160mm、焦距為480mm的離軸拋物面靶鏡進行了調節，在調節過程中，所接收到的靶面像能夠非常精確地反映出實際打靶光束經靶鏡聚焦後在靶面形成的焦斑的位置偏差，遠高於在先技術的檢測精度。
權利要求1一種用於雷射打靶的靶面焦斑監測裝置，其特徵在於包括平行雷射束髮射光路，包括雷射光源(1)及沿該雷射光源(1)的出射光方向依次的反射鏡(4)、聚焦鏡(5)、分光稜鏡(6)和主物鏡(7)構成，所述的聚焦鏡(5)的焦點位於主物鏡(7)的焦面上；靶面成像光路，由依次的主物鏡(7)、分光稜鏡(6)、由初級顯微物鏡(9)和次級變倍顯微物鏡(10)組成，所述的主物鏡(7)的焦點位於初級顯微物鏡(9)的物面上，初級顯微物鏡(9)的像平面與次級變倍顯微物鏡(10)的物面重合；所述的平行雷射束髮射光路與靶面成像光路通過所述的分光稜鏡(6)實現共光路；光軸對接系統(8)，由第一反射鏡(801)和第二反射鏡(802)組成，所述的第一反射鏡(801)和第二反射鏡(802)都具有沿光軸移動、作俯仰與旋轉運動的調節機構；圖像接收系統，包括CCD攝像機(11)和監視器(12)，所述的CCD攝像機(11)位於所述的次級變倍顯微物鏡(10)的像平面，所述的CCD攝像機(11)的輸出與所述的監視器(12)相連。
2、根據權利要求1所述的靶面焦斑監測裝置，其特徵在於所述的主物鏡(7) 是一擴束準直透鏡，其擴束後的通光口徑等於待監測的雷射打靶光束的口徑。
專利摘要一種用於雷射打靶的靶面焦斑監測裝置，包括平行雷射束髮射光路、靶面成像光路、光軸對接系統和圖像接收系統。所述的平行雷射束髮射光路用來發射模擬光束，靶面成像光路接收靶面焦斑發出的散射光從而對靶面成像，光軸對接系統實現本實用新型靶面焦斑監測裝置的光軸和打靶光束的光軸的對接，圖像接收系統用來接收靶面成像光路所成的靶面像並在監視器上顯示出來，通過計算CCD攝像機接收到的靶面焦斑圖像尺寸，可以精確測定靶面焦斑的實際尺寸。本實用新型裝置既能夠提供與實際打靶雷射束口徑相同的平行雷射束，同時又可以以較高的放大倍率對靶點進行監測，以提高靶鏡的調整精度，從而提高雷射打靶的效率。
文檔編號G02B27/00GK201096986SQ20072007682
公開日2008年8月6日 申請日期2007年10月31日 優先權日2007年10月31日
發明者任冰強, 黃惠傑 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所