[发明专利]一种双光束同轴实时调整的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密或超精密光学测量领域，具体涉及基于双激光光束的同轴实时调整的方法及装置。

背景技术

激光光束由于其具有良好的单色性、方向性及高亮度等优点，被广泛用于各种精密或超精密光学观测及测量设备中。但是，由于激光在激发过程中产生的高热量易引发系统器件变形、操作环境中温度湿度变化造成的空气折射率不均匀等原因，激光光束容易产生平行偏移和角偏移，并随着时间的推移该现象会愈发严重，极大地影响精密观测及测量设备的精度，甚至影响设备的使用寿命。随着科学技术的发展，为了获得更高的分辨率或测量精度，越来越多的超高精度观测及测量设备，如受激发射损耗荧光成像显微镜(STED：Stimulated Emission Depletion Microscopy)等，采用了两个甚至两个以上的激光器，更对激光光束间的同轴度(包括平行和角度两方面)提出了更为苛刻的要求。为了保证系统的测量分辨率，目前常规的作法是在设备运行一段时间(通常为2～3小时)后重新进行校准，这种方法不仅费时费力，而且也并不能完全保证整个观测或测量过程的连续性和准确性。

公认较好的作法是在设备使用过程中对激光光束进行监控并对产生的平行和角度偏移进行实时调整与补偿。科研工作者为此也进行了大量的工作。2004年，赵维谦等(中国专利：CN200410033610.8)提出了一种对单束激光进行实时监控和补偿的方法。该方法虽然解决了激光光束的实时调整问题，可以较好地应用于荧光自相关频谱分析仪(FCS：fluorescenceCorrelation Spectroscopy)、激光准直仪等单激光光束设备，但对于需要双激光光束的STED等设备却无能为力。

发明内容

本发明提供了一种双光束同轴实时调整的方法，采取对双光束进行调制和光线折转处理，实现双光束同轴汇合；同时将双光束的同轴光分出部分作为检测光束，并对检测光束进行分光处理，实现分别对两光束进行检测和实时调整，对两光束的调整交替进行，从而保证出射光束的高精度同轴准直，克服已有技术在双激光光束同轴度实时调整方面的不足。

一种双光束同轴实时调整的方法，包括以下步骤：

(1)将由两个激光器发出的两激光光束调制为偏振方向互相垂直的两束线偏振光；

(2)将两束线偏振光通过光线折转汇合成同轴出射光束；

(3)将同轴出射光束分光出一部分作为检测光束；

(4)对检测光束进行光束筛选，使得在任何时刻只有单一激光器发出的光能量通过，并通过调整光束筛选的条件，使得两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束；

(5)将待检光束分光成两束，将待检光束分光成两束，对其中一束进行位置探测检测平行偏移量，对另一束进行角度探测检测角偏移量；

(6)根据得到的平行偏移量的大小，使激光光束向平行偏移量减小的方向进行光束空间平动调整；根据得到的角偏移量的大小，使激光光束向角偏移量减小的方向进行光束空间角动调整；平动调整和角动调整同时进行；

(7)两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束，重复步骤(5)和(6)，实现实时调整双光束保持同轴度。

本发明还提供了一种用于实现上述双光束同轴实时调整的方法的装置，包括：

用于发出两激光光束的第一激光器和第二激光器；第一激光器发出第一入射光，第二激光器发出第二入射光；

用于将所述的两激光光束调制为偏振方向互相垂直的两束线偏振光的第一半玻片和第二半玻片；第一半玻片将第一激光器发出的第一入射光调整为垂直方向上线偏振光，第二半玻片将第二激光器发出的第二入射光调整为平行方向上线偏振光；

用于将两束线偏振光通过光线折转汇合成同轴出射光束的第一光线折转器件和第二光线折转器件；第一光线折转器件对第一激光器发出的第一入射光进行光线折转，第二光线折转器件对第二激光器发出的第二入射光进行光线折转；

用于从同轴出射光束分光出检测光束的第一主光路分光器；

用于对检测光束进行光束筛选使得在任何时刻只有单一激光器发出的光能量通过，并通过调整光束筛选的条件，使得两个激光器发出的光能量交替通过成为待检光束的光束筛选器件；

用于将待测光束分光成两束并分别检测光束的平行偏移量和角偏移量的检测单元，由用于将待测光束分光成两束的第二检测光路分光器以及分别用于接收分光后两光束的位置探测器和角度探测器组成；位置探测器为平行偏移探测器，角度探测器由角偏移检测透镜和角偏移探测器组成；