[发明专利]一种光束方位校准系统及校准方法

说明书

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种光束的方位校准系统及其校准方法。

背景技术

在激光技术应用领域，如自由空间光通信、激光精密测量、激光生物医学等应用领域中，对激光束的方向、方位稳定性都有较高的要求。

对于精密的激光应用，由于激光器谐振腔存在温度形变、传输路径上光学元件的不稳定性以及各种环境扰动因素的影响，激光束始终会出现微量的方位偏移，包括角度偏移和平行偏移。当偏移量较大时，会严重影响后续系统的工作稳定性。

此外，在实际工作中常常需要在改换的工作环境中重新恢复光学系统的光路，对大型光学系统而言，精确的光路恢复工作非常耗时耗力。

如何有效的对光学系统进行方便、快速、精确地校准，一直是激光技术应用领域或光机电技术领域研究的重点和热点。在现有的光束方位校准的技术方案中，精准和便捷往往不能同时兼备，复杂的光学系统虽然精准，但通常不能做到快速、方便地进行光路的校准或恢复，且一般成本高昂；简单的光学系统虽然顾及了后者，但又往往不够精准，现有的方案大大制约了激光在具有精密指向要求的领域中的应用。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，提供一种新的光束校准系统及校准方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案之一为：一种光束方位校准系统，包括第一光学镜、第二光学镜、第三光学镜、第四光学镜和光楔，光束先后经过第一光学镜和第二光学镜的反射后，从第四光学镜上方或下方经过，并经由第三光学镜与第四光学镜反射后从第三光学镜下方或上方射至光楔，所述光楔的两个反射表面倾斜于入射光束方向；包括两个光接收装置，分别用于接收经光楔的两个反射表面反射后的光束；所述第二光学镜为可调光学镜，可沿入射第二光学镜的光束的方向做往复平移，并可在水平面内转动；所述第四光学镜为可调光学镜，可沿出射第四光学镜的光束的方向做往复平移，并可在竖直平面内转动。

针对本发明所述的“方位”校准，其意义为，假设透射光需经过光阑D1、D2并最终进入后续的工作系统，光阑D1、D2所确定的直线便是我们需要校正的特定目标的方向，区别于现有技术中无位置要求的一般几何方向定义。

进一步改进的，还包括控制器，用于分别控制第二光学镜和第四光学镜的运动；第二光学镜和第四光学镜均各自连接有转动电机和电控平移台，控制器通过驱动转动电机和电控平移台来控制第二反射镜和第四反射镜的运动。

进一步改进的，控制器与两个光接收装置连接，光接收装置用于监测光楔两个反射表面所反射光束的光斑中心偏移信息并传输给控制器，控制器根据光斑中心偏移信息自动调节第二光学镜和第四光学镜，以校准光束的出射方位。

进一步改进的，所述第一、第二、第三、第四光学镜为反射镜，其他类似可改变光学传播方向的光学镜装置亦可。

进一步改进的，所述第一和第三光学镜为固定设置。

进一步改进的，所述从本校准系统出射的光束方向平行于入射本校准系统的光束方向。

进一步改进的，所述光接收装置为挡光屏、面阵光电探测器、四象限探测器或具有光信号接收端的显示器。

进一步改进的，所述光接收装置为挡光屏、面阵光电探测器或具有光信号接收端的显示器，如CMOS相机。所述光接收装置上具有划分成正交坐标系4个象限的接收区，其坐标系原点位置为中心坐标位置。不同光接收装置可用于不同的校准场合。

进一步改进的，第二光学镜和第三光学镜位于同一操作平面上，第四光学镜的高度低于第二和第三光学镜。

进一步改进的，所述平移台为高精度电控平移台；所述转动电机为高精度步进电机。

进一步改进的，还包括上位机，如PC电脑等，上位机与控制器连接，用于可视化通讯控制、界面操作或辅助进行光斑图像去噪及偏移量计算。

为实现本发明的目的所采用的技术方案之二为：一种光束方位校准方法，包括第一光学镜、第二光学镜、第三光学镜、第四光学镜、光楔、光接收装置和控制器，该方法包括以下步骤：

A、首先人工调整第二光学镜、第四光学镜使光束准确通过两光阑，此时由光接收装置检测的光楔反射光的光斑中心位置为初始光斑中心位置；

B、将光束先后经过第一光学镜和第二光学镜的反射后，从第四光学镜上方或下方经过，并经由第三光学镜与第四光学镜反射后从第三光学镜下方或上方射至光楔，光楔两个反射表面所反射的光束均用光接收装置接收；

C、光接收装置实时检测所接收光束的光斑中心的偏移信息，并将偏移信息传输给控制器；