[发明专利]激光偏振纹影检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型激光纹影检测装置，特别是涉及一种采用偏振激光成像的纹影检测装置，属于检测技术领域。

背景技术

微重力条件下的燃烧过程是燃烧学中的新兴研究领域。一方面，微重力条件提供了最佳的减小自然对流作用的方法，对于燃烧过程的机理研究有重要价值，这对粉尘燃烧和爆炸等重要的工业安全过程研究很有意义。另一方面，微重力条件下的着火和火蔓延对于空间飞行器的火灾安全具有重要的意义，微重力火蔓延的研究将为航天舱防、灭火安全工程的实施提供科学依据。微重力燃烧已经成为燃烧学中的重要研究方向，本发明所述的激光纹影检测装置主要针对微重力、大加速度条件的特殊环境，具有高稳定性、可适应大口径等优点。

纹影成像最初由L.Fuoacutl用于光学玻璃折射率的检测中。纹影系统按照光线通过被测流场区的形状，可以分为平行光纹影仪和锥形光纹影仪两大类，两类纹影仪的光学成像原理及纹影图的分析方法相同，区别在于通过被测量流场区的是平行光线还是锥形汇聚光线。平行光纹影仪分为透射式和反射式两种，透射式纹影成像系统采用透镜作为主要聚焦光学元件，而反射式纹影成像系统采用凹面反射镜作为主要聚焦光学元件。透射式的光学成像质量好，但要加工大口径的球面透镜非常困难；现有的反射式纹影成像系统通常采用离轴成像的方案，光学系统存在象散和慧差两类像差，光学成像质量差。

液晶光阀作为一种整形器件，能够实现对注入激光束的精确整形。液晶光阀是在两片透明电极基板之间充入10微米左右厚的向列扭转液晶，使液晶分子的长轴在基板间发生90°的扭曲。向列扭转液晶(twisted nematic liquid crystal，TNLC)分子材料没有电压加载时，光经过光阀后偏振态被旋转90°，如果有电压加载在向列扭转液晶上，分子的取向受到外加电场的影响，而通过光的偏振态会沿着分子取向而改变。这就使得外加电压能够精确控制透过光的偏振态。将这一结构放在两个正交的偏振片之间，就可以实现激光振幅的调制。液晶光阀就是由上述整形微元构成的阵列，每个微元的长和宽均在10微米至40微米之间，阵列横向包括紧密排布的1至2048个微元，纵向也可以包括1至2048个微元，这样的一个阵列可以将光束细分成微元数目的子光束，实现对光束的精确调制。通过快速更换加载的整形图形，可以对直写激光的能量(功率)分布进行整形，并且整形的速度可以达到微秒量级。液晶光阀包括透射式和反射式两种。透射式液晶光阀是对入射光束调制并散射和反射不必要的光，在透射方向上形成所需要的图形；反射式液晶光阀是对入射光束调制并散射不必要的光，在反射方向上形成所需要的图形。

在现有专利中，针对纹影成像结构的专利很多，比如美国专利US3582185、US3617130、US3631409、US20030103194、US20090060134等。其中美国专利US3847484阐述了透射式纹影检测系统，采用多个透镜聚集成像的技术方案；对于反射式纹影成像，比如美国专利US3582185、US3617130分别阐述了各自的要求范围。US3582185要求了一种阵列刀口分割光束进行检测的技术方案，US3617130则要求了一种采用反射镜两个面进行反光的纹影成像系统。

目前的反射式激光纹影成像系统均采用离轴的结构，如果采用球面反射镜会存在很大的光程差，因此必须采用非球面来消除各类像差。然而非球面反射镜价格昂贵、稳定性差、在重力环境下装校后，在非重力环境和大加速度的环境中会发生失谐，降低系统检测精度。本发明能够有效解决上述问题，在非重力环境和大加速度的环境中保持系统稳定性，并且可以制作口径大于1米的大型纹影成像系统，具有较好的实用意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型的激光纹影检测装置，通过偏振结构实现高质量成像。本发明的目的是这样实现的：

本发明涉及的激光纹影检测装置如图1所示，包括：激光光源1、第一片二分之一波片2、整形透镜组3、分光棱镜4、小孔5、第二片二分之一波片6、第一片球面反射镜7、第一片四分之一波片8、第一片偏振片9、第一片窗口片10、第二片窗口片11、第二片偏振片12、第二片四分之一波片13、第二片球面反射镜14、纹影刀口15、成像透镜组16、成像元件17。

在所述的技术方案中，所述的激光光源1用来产生纹影检测用的激光。

在所述的技术方案中，所述的第一片二分之一波片2用来调整所述的激光光源1发出的光的偏振方向。

在所述的技术方案中，所述的整形透镜组3用来将所述的激光光源1发出的光汇聚到很小的一个焦点。