阅读说明：本技术 一种平行高斯光束双远心系统及对准方法 (Parallel Gaussian beam double telecentric system and alignment method ) 是由 黄丽芳 王灵光 赖宣润 赵盼娟 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明旨在提供一种操作简单、适用范围广且精度较高的平行高斯光束双远心系统及对准方法。所述平行高斯光束双远心系统包括沿同一轴线依次设置的激光发射组件、第一光阑、第一透镜、第二光阑、第二透镜以及光束质量分析仪,所述第一透镜和所述第二透镜的焦距相同,所述第一光阑位于所述第一透镜的前焦点上,所述第二光阑位于所述第一透镜的后焦点上,所述第一透镜的后焦点和所述第二透镜的前焦点重合,所述光束质量分析仪的光敏面位于所述第二光阑的后焦点上；所述对准方法用于所述平行高斯光束双远心系统的光源光束与光轴的对准重合。本发明应用于激光整形的技术领域。(The invention aims to provide a parallel Gaussian beam double telecentric system and an alignment method which are simple to operate, wide in application range and high in precision. The parallel Gaussian beam double-telecentric system comprises a laser emission component, a first diaphragm, a first lens, a second diaphragm, a second lens and a beam quality analyzer which are sequentially arranged along the same axis, wherein the focal lengths of the first lens and the second lens are the same, the first diaphragm is positioned on the front focal point of the first lens, the second diaphragm is positioned on the rear focal point of the first lens, the rear focal point of the first lens and the front focal point of the second lens are superposed, and the photosensitive surface of the beam quality analyzer is positioned on the rear focal point of the second diaphragm; the alignment method is used for aligning and coinciding the light source beams and the optical axes of the parallel Gaussian beam double telecentric system. The invention is applied to the technical field of laser shaping.)

一种平行高斯光束双远心系统及对准方法

技术领域

本发明应用于激光整形的技术领域,特别涉及一种平行高斯光束双远心系统及对准方法。

背景技术

双远心光路系统可以物理地实现对光信息进行频谱分析和在频域进行处理。只要在光阑面上，加入一定形状的滤波器，阻止某些频率的信息通过，或使某些频率引进一定的相位变化，就可以按照人们的需要提取某些信息，改造像的结构，获得需要输出的图像，所以双远心光路系统光路系统又称光学计算机，广泛用于空间滤波，特征识别等光学信息处理中。

随着工业的发展激光也越来越多的用在工业生产中，双远心系统可以对通过的激光进行整形及滤波，激光与双远心光路的对准性将直接影响双远心系统对光路的整形及滤波效果。目前最常用的高斯平行光束与双远心系统对准的一种方法是逐级调节，使用接收屏来接收光斑，然后观察光斑的形状并与源光斑的形状做对比，从而判断高斯平行光与双远心光路系统是否对准。此种方法的通用性比较差，当光源的光斑尺寸比较小，此时人眼的判断误差就会比较大，另外，此方法不适用不可见光，在调整的过程中变量太多步骤繁琐。另外一种常用的方法是通过机械定位，将整个光路系统集合成一个整体，但是此方法没办法保证光源的中心与机械结构的拟合光轴高度重合性，故而此方法的精度比较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种操作简单、适用范围广且精度较高的平行高斯光束双远心系统及对准方法。

本发明所采用的技术方案是：所述平行高斯光束双远心系统包括沿同一轴线依次设置的激光发射组件、第一光阑、第一透镜、第二光阑、第二透镜以及光束质量分析仪，所述第一透镜和所述第二透镜的焦距相同，所述第一光阑位于所述第一透镜的前焦点上，所述第二光阑位于所述第一透镜的后焦点上，所述第一透镜的后焦点和所述第二透镜的前焦点重合，所述光束质量分析仪的光敏面位于所述第二光阑的后焦点上，所述第二光阑为可调孔径光阑。

由上述方案可见，通过所述第一光阑截取所述激光发射组件输出的激光，经过所述第一光阑之后的激光有着比较强烈的夫琅禾费衍射，通过将所述第二光阑设置在所述第一透镜的后焦点和所述和第二透镜的前焦点的重合处，拦截所述第一光阑处产生的夫琅禾费衍射，正常的光线则通过所述第二光阑的针孔，针孔所在的与光轴垂直的面称之为频谱面。光线通过所述第二透镜的后焦点，也称为最终像面，在该处形成所述第一光阑的像，进而得到均匀准直的理想光斑。本发明的结构紧凑、稳定，且可调节的部分易调试，不影响光学系统的成像质量，可靠性高。 同时光学元件之间距离合理，可以将整体光学系统进行拆分成模组，运输、安装以及使用方便。同时通过采用光束质量分析仪进行成像，能够捕捉可见光和不可见光实现适用于各种激光的整形，另外在光斑直径较小的情况下也能够根据成像准确的判断光斑形状提高辨识效果，便于调整。

一个优选方案是，所述激光发射组件包括激光发射器、准直器、扩束镜以及四轴位移装置，所述激光发射器、所述准直器以及所述扩束镜依次连接固定，所述激光发射器、所述准直器以及所述扩束镜均固定在所述四轴位移装置的活动端上。

由上述方案可见，从所述激光发射器发出的激光有很大的发散角，通过所述准直器对激光进行准直，准直器可以是透射式的，也可以是反射式的。经过准直后的光斑能量过于集中，通过设置所述扩束镜使中心的能量变得平滑，通过所述扩束镜后光斑的中心的能量峰值降低，光斑口径变大，光束中心向边缘的能量递减变得更加平缓。同时通过设置所述四轴位移装置实现机械化调整，所述四轴位移装置为能够在沿X轴和Z轴作直线移动且能够沿X轴和Z轴旋转的调整机构，所述X轴垂直于所述平行高斯光束双远心系统的光轴且平行于水平线，所述Z轴垂直于所述平行高斯光束双远心系统的光轴且平行于铅垂线。

进一步的优选方案是，所述扩束镜的放大比例为两倍至十倍。

一个优选方案是，所述第二光阑为拨杆式光阑或齿轮型光阑。

由上述方案可见，通过采用拨杆式光阑或齿轮型光阑作为所述第二光阑使其针孔的调节更为方便。

所述对准方法包括以下步骤：

A.首先打开所述激光发射器并设置功率，将所述光束质量分析仪的光敏面与在所述扩束镜的输出端对齐，使所述激光发射器发出的激光在通过所述准直器和所述扩束镜后投射在所述光束质量分析仪的光敏面上，通过对所述扩束镜的放大倍数进行调整使所述激光发射组件输出的光束能量达到均匀状态；

B.调整完光束后将所述激光发射器、所述准直器和所述扩束镜安装在所述四轴位移装置的活动端上，并将所述光束质量分析仪装配在所述第二透镜的后焦点处，此时所述激光发射组件输出的光束相对于所述第一透镜和所述第二透镜的光轴存在小幅度的偏离，将所述第二光阑的孔径调大使偏离的光束也投射在所述光束质量分析仪上，根据光束偏离的方向获取所述激光发射组件所需的调整信息；

C.然后，将所述第二光阑的孔径调小，通过所述四轴位移装置调整激光发射的位置和偏转角度，进而使投射在所述光束质量分析仪上的光斑的亮度达到最亮，以及使光斑能量分布均匀；

D.重复步骤B和步骤C直至所述光束质量分析仪上的获取分布均匀且对称的光斑。

由上述方案可见，通过调大所述第二光阑的孔径使偏离的光束也通过针孔，进而获取光束的偏离信息，根据偏离信息进行光源角度和位置的调整，通过逐步的调整使光源与系统光轴重合。

附图说明

图1是所述平行高斯光束双远心系统的结构示意图；

图2是所述对准方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例中，所述平行高斯光束双远心系统包括沿同一轴线依次设置的激光发射组件1、第一光阑2、第一透镜3、第二光阑4、第二透镜5以及光束质量分析仪6，所述第一透镜3和所述第二透镜5的焦距相同，所述第一光阑2位于所述第一透镜3的前焦点上，所述第二光阑4位于所述第一透镜3的后焦点上，所述第一透镜3的后焦点和所述第二透镜5的前焦点重合，所述光束质量分析仪6的光敏面位于所述第二光阑4的后焦点上，所述第二光阑4为可调孔径光阑。

在本实施例中，所述激光发射组件1包括激光发射器11、准直器12、扩束镜13以及四轴位移装置，所述激光发射器11、所述准直器12以及所述扩束镜13依次连接固定，所述激光发射器11、所述准直器12以及所述扩束镜13均固定在所述四轴位移装置的活动端上。

在本实施例中，所述四轴位移装置包括第一直线滑台、第二直线滑台、第一回转电机、第二回转电机以及安装块，所述第一直线滑台垂直于所述平行高斯光束双远心系统的光轴设置，所述第二直线滑台固定在所述第一直线滑台的活动端，所述第二直线滑台沿竖直方向设置，所述第一回转电机固定在所述第二直线滑台的活动端上，所述第一回转电机的输出轴平行于所述第一直线滑台的长度方向，所述第二回转电机固定在所述第一回转电机的输出轴上，所述第二回转电机的输出轴垂直与所述第一回转电机的输出轴，所述安装块固定在所述第二回转电机的输出轴上，所述激光发射器11、准直器12、扩束镜13均固定在所述安装块上。

在本实施例中，所述扩束镜13的放大比例为两倍至十倍。

在本实施例中，所述第二光阑4为拨杆式光阑或齿轮型光阑，所述第二光阑4的孔径调整范围为0.7毫米至5.0毫米。

如图2所示，所述对准方法包括以下步骤：

A.首先打开所述激光发射器11并设置功率，将所述光束质量分析仪6的光敏面与在所述扩束镜13的输出端对齐，使所述激光发射器11发出的激光在通过所述准直器12和所述扩束镜13后投射在所述光束质量分析仪6的光敏面上，通过对所述扩束镜13的放大倍数进行调整使所述激光发射组件1输出的光束能量达到均匀状态；

B.调整完光束后将所述激光发射器11、所述准直器12和所述扩束镜13安装在所述四轴位移装置的活动端上，并将所述光束质量分析仪6装配在所述第二透镜5的后焦点处，此时所述激光发射组件1输出的光束相对于所述第一透镜3和所述第二透镜5的光轴存在小幅度的偏离，将所述第二光阑4的孔径调大使偏离的光束也投射在所述光束质量分析仪6上，根据光束偏离的方向获取所述激光发射组件1所需的调整信息；

C.此时，将所述第二光阑4的孔径调小，通过所述四轴位移装置调整所述激光发射组件1的位置和偏转角度，进而使投射在所述光束质量分析仪6上的光斑的亮度达到最亮，以及使光斑能量分布均匀；

D.重复步骤B和步骤C直至所述光束质量分析仪6上的获取分布均匀且对称的光斑。