[发明专利]光束落点位置反馈装置

说明书

本发明提供了一种光束落点位置反馈装置，该装置包括模拟光源、光束传输系统、对接面成像光学系统和数据采集分析系统；该装置通过增加对接面成像光学系统以及在瞄准目标面设置模拟光源，可复用光束传输光学系统，使该光学系统既是光束传输的光学系统，又可用于光束落点位置反向成像，从而实现了光束落点位置的反馈。该装置节约光束落点位置反馈系统的造价；同时也适用于一些不宜在瞄准目标面附近放置成像系统的特殊情况。

技术领域

本发明涉及光束落点位置控制领域，特别涉及为光束指向控制和近场对准控制提供反馈，用于对激光传输系统、光学成像系统等的稳定性进行反馈控制。

背景技术

随着现代光学技术的发展，在科研需求和产业需求的牵引下，无论是有源光学系统还是无源光学系统，向着大口径、大规模、精密化和集成化方向发展成为趋势之一。有源光学系统的典型代表是大口径高功率激光装置，无源光学系统的典型代表是大口径光刻机。这些光学系统均需要对光束落点进行精密控制。影响光束落点位置的因素有很多，除了光学元件夹持机构本身的位置偏离和角度偏移外，还有外界环境因素，包括热变化，气流和机械振动等。除了从机械设计中消除一定的不稳定性之外，对于复杂光学系统，还设计有相应的自动准直机构，将较大的偏离量校正回到目标位置。对于一些较高频率的抖动，小口径的光学系统一般采用位置敏感检测器(PSD)结合快速反射镜的方案进行主动控制，将光束落点控制到PSD上指定的位置，其位置参考是PSD本身。但是对于大口径光学系统，特别是复杂光学系统，不能将PSD设置为位置基准，而是需要根据落点要求，设置相应的基准。通常的做法是采用光学成像系统对光束落点位置和基准位置同时成像。在一些特殊的应用场景，例如强磁场，强电场，或者敌方阵地等，一般专门设计对应的光学系统对光束落点参考点和光束落点同时进行观察，而这往往会增加设计建造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种光束落点位置反馈装置，该装置复用光束传输光学系统，该光学系统既是光束传输的光学系统，又可用于光束落点位置反向成像，只需要额外增加对接面成像光学系统即可实现光束落点位置反馈。该装置节约光束落点位置反馈系统的造价；对于一些不宜在瞄准目标面附近放置成像系统的特殊情况，便于实现光束落点位置的反馈。

为实现上述目标，本发明的技术解决方案如下：

该装置包括模拟光源、光束传输系统、对接面成像光学系统和数据采集分析系统。传输对接面与瞄准目标面是光束传输系统的一对共轭面。待反馈光束依次经过传输对接面和光束传输系统到达瞄准目标面。模拟光源发出的模拟光束反向通过以上系统，依次经过瞄准目标面和光束传输系统到达传输对接面。对接面成像光学系统对待反馈光束在传输对接面的光斑图像和模拟光束在传输对接面的光斑图像同时成像，由数据采集分析系统记录相应图像并进行分析。

模拟光源位于瞄准目标面内，可以是发光点或者发光面，也可以是经其他光源照明的具有位置标志功能的物体。来自模拟光源的光束成为模拟光束，可进入光束传输系统。

光束传输系统既可将待反馈光束传输到瞄准目标面，也可以将模拟光束传输到传输对接面。

对接面成像光学系统可以利用正向通过传输对接面的待反馈光束和反向通过传输对接面的模拟光束的采样光对传输对接面实现正向和反向同时成像。

数据采集分析系统包括图像采集系统和数据处理系统；所述的图像采集系统记录待反馈光束和模拟光束在传输对接面上的光斑图像；所述的数据处理系统根据图像采集系统采集的图像进行图像处理和分析，获得光束落点相对位置信息，用于判断光束落点是否满足控制要求并提供反馈。

本发明所述的光束落点位置反馈装置，具有如下优点：

(1)本装置复用光束传输系统，只需要额外增加对接面成像光学系统即可实现光束落点位置反馈；

(2)本装置用于控制光束经过光束传输系统传输到目标面的指定位置时，只需要调整光束传输到该对接面的空间位置与模拟光在该面上像点的空间位置之间的相对位置满足控制要求；