[发明专利]三点式动态激光准直系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光光腔准直技术领域和激光主动减振技术领域，尤其涉及一种高速动态激光准直系统。

背景技术

现有的激光动态准直系统是采用四象限探测器(QPD)检测光路的失调信息，并采用四组(或两组)压电陶瓷驱动光学调整镜，从而达到对激光光束的准直。以四组压电陶瓷的动态准直系统为例，即两组调整水平方向的压电陶瓷，两组调整垂直方向的压电陶瓷，其工作原理是，半导体激光器发出激光，激光经过准直扩束器后变成平行光，光束经调整镜后按原路返回，通过分束器使光束转向后照射到四象限探测器(QPD)，QPD检测光路的失调信息并传入CPU进行数据处理，利用控制算法计算出驱动压电陶瓷的电压值，通过高精度纳米微位移驱动器驱动压电陶瓷，从而带动调整镜转动，调整震动光路直到光束回到理想状态，实现准直系统的闭环动态调整。当调整方向的压电陶瓷为两组时，即调整水平方向和调整垂直方向的压电陶瓷各为一组，需要增加二维倾斜铰链，使得调整时一端固定，一端驱动从而实现动态调整。

现有的激光动态准直系统的缺点是：采用四组压电陶瓷驱动时，因对四组压电陶瓷的对称性要求高，且安装困难；当调整镜任意角度放置时，很容易使其中的一组不受力(或处于悬空状态)，从而使压电陶瓷驱动系统相互耦合，其动态特性很差；该系统的检测范围小，且检测出的失调信号为非线性。采用两组压电陶瓷时，因需要二维倾斜铰链，因此体积大，重量大，系统加工装调困难；受铰链(弹性机构)的影响，调节范围和系统的响应速度互相制约，系统的自由度少，调整与检测范围小，且检测出的失调信号为非线性。

发明内容

本发明的目的是提供一种三点式动态激光准直系统，其具有系统重量轻、结构简单、安装方便、调节范围大、响应速度快、系统线性度好的优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

三点式动态激光准直系统，主要由激光器1、扩束器2、偏振分束器(Polarizing BeamSplitter；PBS)3、反光镜4、聚焦物镜5、PSD与信号处理电路6、三维微驱动器7、三维微位移传感器8、A/D采集电路9、计算机系统10、D/A转换电路11和三路高压驱动电路12组成，激光器1发射激光信号，激光信号经过扩束器2和偏振分束器3整形后入射到反光镜4上，反光镜4的反射光经过聚焦物镜5照射到位置敏感传感器PSD的光敏面上，反射光经过PSD与信号处理电路6处理后得到与激光光束在PSD上的相对位置相关的电信号，该电信号通过A/D采集电路9转换后传输到计算机系统10；反光镜4上的三维微驱动器7的三组压电陶瓷上安装的三维微位移传感器8输出三路与压电陶瓷的形变成比例的电信号，该电信号通过A/D采集电路9转换后传输到计算机系统10；两路电信号经过计算机系统10处理后输出给D/A转换电路11，D/A转换电路11将其转换为模拟电信号，该模拟电信号经过三路高压驱动电路12的放大后，驱动三维微驱动器7的三组压电陶瓷，从而调整反光镜4的倾斜角。

本发明的有益效果是：利用位置检测元件PSD和三组压电陶瓷微位移驱动装置实现准直系统的闭环检测控制和解耦控制，具有结构简单、安装方便、系统重量轻、调节范围大、响应速度快、系统线性度好、精度高等优点。

附图说明

图1是本发明的三点式动态激光准直系统的结构框图。

图2是本发明的三点式动态激光准直系统的原理图。

图3是本发明的三点式动态准直结构示意图。

图4是本发明的三点式动态激光准直系统的驱动模型图。

图5是本发明的三点式动态激光准直系统的解耦控制结构示意图。

图6是本发明的三路压电陶瓷耦合仿真结果的曲线图。

图7是本发明的解耦后三路压电陶瓷仿真结果的曲线图。

图8是本发明的反光镜任意角度偏转时光束轨迹的示意图。

图中：1、激光器，2、扩束器，3、PBS，4、反光镜，5、聚焦物镜，6、PSD与信号处理电路，7、三维微驱动器，8、三维微位移传感器，9、A/D采集电路，10、计算机系统，11、D/A转换电路，12、三路高压驱动电路，13、准直装置，14、激光器，15、光学调整镜，16、压电陶瓷，17、分束器，18、扩束器，19、位置敏感传感器，20、聚焦透镜，21、数字信号处理器，22、激光光束，23、光学调整镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：