[发明专利]一种实现激光束远距离精确聚焦的装置

说明书

技术领域

本发明属于激光系统光束控制领域，具体涉及一种实现激光束远距离精确聚焦的装置。用于激光系统中，实时精确改变激光束远距离聚焦位置。

背景技术

在激光导星发射系统中，需根据指定的导星高度改变发射激光束聚焦高度，使激光束精确聚焦到指定高度，提高激光的功率密度，便于激光导星接收系统在指定高度获得最强回光信号。目前，公知的激光束远距离聚焦调整装置采用平移台搭载激光扩束器次镜或主镜在精密导轨上移动，通过改变扩束器主次镜间隔改变激光束聚焦位置。调节前，需要利用输入激光束以及扩束器参数计算调焦曲线。调节时，利用调焦曲线根据指定的聚焦位置确定扩束器主次镜的间隔距离，然后移动扩束器次镜或主镜使扩束器主次镜的间隔距离满足设定值。由于透镜的加工误差、装调误差以及精密导轨的定位误差，激光束的实际聚焦位置与设定聚焦位置存在偏差，不能满足远距离高精度聚焦的应用需求。

发明内容

为了克服采用移动激光扩束器次镜或主镜实时改变激光束远距离聚焦位置过程中，由透镜的加工误差、装调误差以及精密导轨的定位误差引起激光束远距离聚焦位置的偏离，本发明提供一种实现激光束远距离精确聚焦的装置。

本发明的激光束远距离精确聚焦装置，其特点是：所述装置包括调焦扩束器、平面分光镜、检焦缩束器、哈特曼波前传感器、基座、平移台和导轨。调焦扩束器由调焦扩束器主镜和调焦扩束器次镜组成。检焦缩束器由检焦缩束器主镜和检焦缩束器次镜组成。哈特曼波前传感器由哈特曼微透镜阵列和CCD相机组成，哈特曼微透镜阵列包括多个处于同一平面的微透镜。调焦扩束器主镜安装在基座上，调焦扩束器次镜安装在平移台上，平移台通过导轨可沿调焦扩束器光轴平移。平面分光镜与调焦扩束器光轴为45°角安装在基座上。检焦缩束器主镜和次镜安装在基座上，检焦缩束器主镜与检焦缩束器次镜共焦。哈特曼微透镜阵列和CCD相机安装在基座上，CCD相机靶面位于哈特曼微透镜阵列的焦面上。激光依次通过调焦扩束器次镜、调焦扩束器主镜，然后经平面分光镜分光，反射光发射出去，透射光依次通过检焦缩束器主镜、检焦缩束器次镜，最后经哈特曼微透镜阵列聚焦于CCD相机靶面。

所述的平移台的分辨率范围为0.01 mm～0.1mm。

所述的调焦扩束器和检焦缩束器同轴设置。

需要改变激光束远距离聚焦位置时，平移台搭载调焦扩束器次镜沿调焦扩束器光轴移动，通过CCD相机接收到的哈特曼光斑图像实时计算激光束的离焦量，根据离焦量的变化实时控制调焦扩束器次镜的移动方向和速度，当监控的离焦量与设定离焦量的偏差在允许范围内时，调焦扩束器次镜停止移动，达到精确控制激光束远距离聚焦位置的目的。

本发明的激光束远距离精确聚焦装置的检焦方法，其基本原理是：平行光经哈特曼微透镜阵列后，其焦面上CCD相机获得的哈特曼图像上点阵间的距离正好为哈特曼微透镜阵列的间距。如果是离焦的球面波入射，则CCD相机接收到的哈特曼图像上点阵间的距离就会发生改变。汇聚的球面波会使哈特曼图像上点阵间的距离减小，发散的球面波会使哈特曼图像上点阵间的距离增大。通过计算哈特曼图像上点阵间的平均距离与哈特曼微透镜阵列的间距之差，便可以精确获得激光束的离焦量。检焦缩束器的目的是缩小光斑尺寸，增大光斑发散角，一方面便于哈特曼微透镜阵列接收激光，另一方面可以提高离焦量的检测精度。

在激光导星发射系统中，采用本发明的激光束远距离精确聚焦装置，利用检焦缩束器、哈特曼微透镜阵列与CCD相机组成的检焦装置能实时检测发射激光束的离焦量，通过检测的离焦量控制平移台搭载调焦扩束器次镜沿调焦扩束器光轴移动，达到控制激光束远距离精确聚焦的目的。由于可以实时精确检测激光束的离焦量，因此使用本发明的激光束远距离精确聚焦装置改变激光束聚焦位置时，无需事先计算调焦曲线，而且能实现远距离精确聚焦。本发明的装置结构简单、使用方便，适合在远距离高精度激光调焦系统中应用。

附图说明

图1是本发明的激光束远距离精确聚焦装置结构示意图；

图2是本发明的激光束远距离精确聚焦装置中哈特曼波前传感器检焦原理示意图；

图3是本发明的激光束远距离精确聚焦装置中检焦缩束器改变发射激光束焦距示意图；

图中：1.调焦扩束器次镜    2.调焦扩束器主镜     3.平面分光镜     4.检焦缩束器主镜     5.检焦缩束器次镜     6.哈特曼微透镜阵列     7.CCD相机     8.平移台     9.导轨     10.基座。

具体实施方式