本發(fā)明屬于大功率激光光束整形領(lǐng)域，更具體地，涉及一種應(yīng)用于大功率射頻板條CO₂激光器的自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器。

背景技術(shù)：

射頻板條激光器的增益區(qū)為條狀，傳統(tǒng)的球面鏡諧振腔無法提取出足夠功率和高光束質(zhì)量的激光輸出。大功率射頻板條CO₂激光器采用負(fù)支非穩(wěn)-波導(dǎo)混合腔采用側(cè)邊耦合輸出形式。由于其良好的模式鑒別能力，非穩(wěn)腔適合用于高功率、大增益、大菲涅爾數(shù)與大模體積的激光器。在橫向大尺寸增益區(qū)間采用非對(duì)稱非穩(wěn)腔設(shè)計(jì)，在側(cè)邊獲得接近衍射極限的準(zhǔn)直激光輸出，而在兩極板間的窄間隙方向?yàn)椴▽?dǎo)腔設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)增益介質(zhì)體積與波導(dǎo)腔的最低階模的良好匹配，從而獲得高效率、高光束質(zhì)量的激光振蕩。

射頻板條激光器采用非穩(wěn)-波導(dǎo)混合腔，使得激光器近場輸出光斑在平行于電極平面的方向近似為多峰狀分布。而在遠(yuǎn)場，光束在垂直于電極平面的方向?qū)l(fā)散很大，遠(yuǎn)場光斑成長條形狀。在光束整形前，輸出光束整為長條形分布的簡單象散光束，初始光束非穩(wěn)方向上的光束半徑大于波導(dǎo)方向上的光束半徑，非穩(wěn)方向光束發(fā)散角遠(yuǎn)小于波導(dǎo)方向光束發(fā)散角，且非穩(wěn)方向上的光強(qiáng)分布帶有大量的高空間頻率振蕩。這樣的輸出光束是不能夠直接應(yīng)用的，必須進(jìn)行光束整形。

整形系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)為光腔側(cè)邊輸出光束經(jīng)90°轉(zhuǎn)折后透過箱體壁上的金剛石窗口，再轉(zhuǎn)折射到一個(gè)球面尾鏡進(jìn)行第一次會(huì)聚。經(jīng)球面尾鏡聚焦后，光束穿過一個(gè)空間濾波器，將影響光束質(zhì)量的旁瓣過濾掉，然后投射到柱面鏡進(jìn)行第二次會(huì)聚，最后由一片球面鏡反射輸出，獲得近似基模光束的激光光斑。

目前空間濾波器普遍采用固定位置、固定大小和固定姿態(tài)的濾波器，由于濾波器狹縫的位置必須使得波導(dǎo)光束和非穩(wěn)光束主瓣完全通過；而狹縫的大小必須準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)非穩(wěn)光束的主瓣寬度，將旁瓣反射出光路，狹縫方向?qū)?zhǔn)光束的波導(dǎo)方向，使波導(dǎo)方向的光束完全通過。但是由于光路中其他原件的裝配存在誤差，實(shí)際光束的光軸不一定通過空間濾波器或者聚焦光斑大小發(fā)生變化甚至波導(dǎo)方向與狹縫方向不一致，當(dāng)光束中心偏離狹縫會(huì)導(dǎo)致沒有出光，光斑大于狹縫寬度則出光效率太低，光斑小于狹縫寬度則沒有濾波效果，波導(dǎo)方向偏離狹縫可能導(dǎo)致新的旁瓣產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服大功率射頻板條激光器光束整形系統(tǒng)中的缺陷，提供一種自動(dòng)濾波除旁瓣的裝置，得到各個(gè)方向發(fā)散角近似相等且光場強(qiáng)度呈基模高斯分布的圓形光束。

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于大功率射頻板條CO₂激光器的自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器，包括控制單元和機(jī)械單元，機(jī)械單元包括：第一高分辨率直線電機(jī)、第二高分辨率直線電機(jī)、精密步進(jìn)電機(jī)、蝸桿、蝸輪、第一螺母、第一擋板、第一撥叉、旋轉(zhuǎn)桿、平移滑塊、旋轉(zhuǎn)板、限位螺釘、翼板，同步正反向螺紋軸，第一導(dǎo)軌，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接器，第二撥叉，第二擋板，第二螺母和第二導(dǎo)軌；所述第一擋板通過所述第一撥叉與所述第一螺母相連，所述第二擋板通過所述第二撥叉與所述第二螺母相連，所述第一螺母和所述第二螺母設(shè)置在所述同步正反向螺紋軸兩側(cè)，所述蝸輪固定在所述同步正反向螺紋軸中心，所述蝸桿位于所述蝸輪的一側(cè)，所述精密步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接器與所述蝸桿相連，所述精密步進(jìn)電機(jī)固定在所述平移滑塊上，所述平移滑塊套接在所述第一導(dǎo)軌和所述第二導(dǎo)軌上，所述第二高分辨率直線電機(jī)的頂桿通過所述旋轉(zhuǎn)板的小孔與所述平移滑塊相連，所述限位螺釘安裝在所述旋轉(zhuǎn)板的限位槽中與所述翼板連接，所述第一高分辨率直線電機(jī)通過所述翼板上的小孔與所述旋轉(zhuǎn)桿相連接。

更進(jìn)一步地，所述機(jī)械單元還包括：第一復(fù)位彈簧、第二復(fù)位彈簧和第三復(fù)位彈簧；所述第一復(fù)位彈簧設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)桿和所述翼板之間；所述第二復(fù)位彈簧安裝在所述第二導(dǎo)軌上并使所述平移滑塊在所述第二復(fù)位彈簧和所述第二高分辨率直線電機(jī)之間；所述第三復(fù)位彈簧安裝在所述第一導(dǎo)軌上并使所述平移滑塊在所述第三復(fù)位彈簧和所述第二高分辨率直線電機(jī)之間。

更進(jìn)一步地，所述控制單元包括：中央處理器，電源模塊，信號(hào)采集模塊和信號(hào)放大模塊，信號(hào)放大模塊、信號(hào)采集模塊和中央處理器依次連接，信號(hào)放大模塊的第一輸入端用于連接溫度傳感器的輸出端，信號(hào)放大模塊的第二輸入端用于連接四象限光電探測器的輸出端，中央處理器的輸出端連接機(jī)械單元；電源模塊的一端連接市電，另一端分別連接至信號(hào)放大模塊、信號(hào)采集模塊和中央處理器的電源端。

更進(jìn)一步地，通過精密步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿每轉(zhuǎn)一圈蝸輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺紋，蝸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)同步正反向螺紋軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同步正反向螺紋軸上兩個(gè)旋向相反的第一螺母和第二螺母同時(shí)帶動(dòng)第一撥叉和第二撥叉上的楔形擋板在橫向軸線上移動(dòng)，進(jìn)而改變狹縫的大?。煌瑫r(shí)通過控制第一高分辨率直線電機(jī)壓縮或釋放復(fù)位彈簧控制擋板的整體位置，改變狹縫的位置；同時(shí)通過控制第一高分辨率直線電機(jī)推動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿使得狹縫方向旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明還提供了一種包括上述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器的射頻板條CO₂激光器，包括：第一條形反射鏡，第二條形反射鏡，激光輸出鏡，輸出窗口鏡，轉(zhuǎn)折鏡，聚焦球面鏡，自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器，溫度傳感器，柱面鏡，準(zhǔn)直球面鏡，四象限光電探測器和一對(duì)平行板電極；所述第一條形反射鏡和第二條形反射鏡共焦放置，一對(duì)平行板電極放置在所述第一條形反射鏡和第二條形反射鏡之間，所述激光輸出鏡法線與所述第一條形反射鏡和第二條形反射鏡的對(duì)稱軸成45°角放置，所述輸出窗口鏡法線與所述激光輸出鏡的法線成45°角，所述轉(zhuǎn)折鏡與所述激光輸出鏡平行放置，所述輸出窗口鏡位于所述激光輸出鏡和所述轉(zhuǎn)折鏡之間，所述聚焦球面鏡的中軸線與所述激光輸出鏡法線成45°角，所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器位于所述聚焦球面鏡和所述柱面鏡之間，且所述自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器設(shè)置在所述聚焦球面鏡的焦面上，所述溫度傳感器緊貼在自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器擋板表面，所述柱面鏡的中軸線與所述聚焦球面鏡的中軸線成一個(gè)小夾角，所述準(zhǔn)直球面鏡的軸線與所述柱面鏡的中軸線關(guān)于所述聚焦球面鏡的中軸線對(duì)稱，所四象限光電探測器的法線垂直于所準(zhǔn)直球面鏡的中軸線。

更進(jìn)一步地，第一條形反射鏡和所述第二條形反射鏡均為凹面鏡。

更進(jìn)一步地，所述四象限光電探測器的尺寸大于光束在探測器表面形成的光斑尺寸。

本發(fā)明中處理器通過控制精密步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)擋板同時(shí)同步運(yùn)動(dòng)，改變狹縫的大??；同時(shí)控制第一高分辨率直線電機(jī)壓縮或釋放復(fù)位彈簧控制擋板的整體位置，改變狹縫的位置；同時(shí)通過控制第一高分辨率直線電機(jī)推動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿使得狹縫方向旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明中溫度傳感器應(yīng)選擇體積小，以不影響楔形擋板溫度為準(zhǔn)；且安裝位置不能阻礙激光照射擋板。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備下列有益效果：

(1)本發(fā)明采用自適應(yīng)空間濾波器，自動(dòng)調(diào)節(jié)濾波器的大小、位置及姿態(tài)，提高了激光器系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了激光器輸出光束質(zhì)量對(duì)濾波器狀態(tài)的敏感性。

(2)采用精密步進(jìn)電機(jī)與蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)和高分辨率直線電機(jī)帶動(dòng)楔形擋板，使得楔形擋板移動(dòng)迅速，定位精確，調(diào)光過程自動(dòng)化程度提高，降低了人工裝配引起的誤差對(duì)光束質(zhì)量帶來的影響。

(3)本自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器采用間距、位置及姿態(tài)可控的楔形擋板作為主要工作原件，提高了濾波器對(duì)不同參數(shù)的激光器的適應(yīng)能力。

附圖說明

圖1是帶有本發(fā)明的大功率射頻板條激光器的系統(tǒng)示意圖。

圖2是濾波器的空間示意圖，及軸線說明。

圖3是濾波器不同的失調(diào)情況示意圖，(a)為狹縫大于主瓣寬度的情況，(b)為狹縫寬度小于主瓣寬度的情況，(c)為狹縫向一個(gè)方向偏移的情況，(d)為狹縫軸線與波導(dǎo)方向存在夾角的情況。

圖4是本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器的結(jié)構(gòu)圖和調(diào)節(jié)示意圖，(a)為自適應(yīng)調(diào)節(jié)濾波器的整體結(jié)構(gòu)和光束方向的示意圖，(b)為調(diào)節(jié)狹縫大小時(shí)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)移動(dòng)方向示意圖，(c)為調(diào)節(jié)狹縫位置時(shí)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)移動(dòng)方向示意圖，(d)為調(diào)節(jié)狹縫姿態(tài)時(shí)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)移動(dòng)方向示意圖。

圖5為不同空間濾波器寬度對(duì)整形光束光強(qiáng)分布的影響，(a)為狹縫寬度為0.9mm時(shí)的光強(qiáng)分布，(b)為狹縫寬度為1.2mm時(shí)的光強(qiáng)分布(c)為狹縫寬度為1.4mm時(shí)的光強(qiáng)分布，(d)為無光闌時(shí)的光強(qiáng)分布。

圖6為空間濾波器橫向失調(diào)后整形光束傳輸距離為2000mm時(shí)的光強(qiáng)分布。(a)為失調(diào)0.1mm時(shí)的光強(qiáng)分布，(b)為失調(diào)0.2mm時(shí)的光強(qiáng)分布，(c)為失調(diào)0.3mm時(shí)的光強(qiáng)分布，(d)為失調(diào)0.4mm時(shí)的光強(qiáng)分布。

圖7橫向位移失調(diào)導(dǎo)致額外損耗功率百分比曲線。

圖8空間濾波器狹縫軸線與波導(dǎo)方向存在夾角時(shí)，整形光束在2000mm處的光強(qiáng)分布，(a)為夾角為3°時(shí)的光強(qiáng)分布，(b)為夾角為3°時(shí)的光強(qiáng)分布，(c)為夾角為5°時(shí)的光強(qiáng)分布，(d)為夾角為7°時(shí)的光強(qiáng)分布。

圖9空間濾波器狹縫軸線與波導(dǎo)方向存在夾角時(shí)，波導(dǎo)方向光束功率損耗。

圖10自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器的控制單元示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明中的自適應(yīng)調(diào)節(jié)的空間濾波器，指的是控制單元根據(jù)溫度傳感器和四象限光電探測器的反饋信號(hào)，判斷輸出光束質(zhì)量和擋板受光照的情況，控制機(jī)械單元運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整狹縫位置、大小和姿態(tài)的空間濾波器。

本發(fā)明大功率射頻板條CO₂激光器自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器，指在非穩(wěn)腔輸出光束在經(jīng)過柱面鏡前先經(jīng)過一個(gè)狹縫，狹縫兩側(cè)的楔形擋板擋住非穩(wěn)方向的旁瓣，提高光束在經(jīng)過柱面鏡后的質(zhì)量。對(duì)于整個(gè)激光器來說，狹縫的大小、位置和姿態(tài)決定了光束整形的效果，狹縫偏離光束中心會(huì)導(dǎo)致沒有出光，狹縫太小則出光效率太低，狹縫太大則沒有濾波效果，狹縫方向偏離波導(dǎo)方向可能會(huì)產(chǎn)生新的旁瓣。本發(fā)明的目的明確，就是解決狹縫大小、位置和姿態(tài)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)的問題。

本發(fā)明針對(duì)大功率射頻板條激光器提供了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)的空間濾波器，其特點(diǎn)在于帶有旁瓣的條形光束照射到濾波器時(shí)，光束加熱濾波器的楔形擋板，上述楔形擋板之間存在狹縫且該狹縫與條形光束的非穩(wěn)方向垂直，與波導(dǎo)方向平行，利用溫度傳感器和四象限光電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，處理器處理該電信號(hào)通過控制上述楔形擋板的位置，使得濾波器達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

由于激光器其他原件制作工藝的差異、原件裝配誤差或者環(huán)境溫度的改變?cè)斐晒廨S在空間濾波器處的偏移會(huì)嚴(yán)重影響輸出光束的質(zhì)量，大功率射頻板條激光器主要由條形反射鏡，平行板電極、輸出鏡、光窗、空間濾波器和柱面鏡組成。

如圖1所示為射頻板條激光器的系統(tǒng)示意圖，射頻板條激光器包括：第一條形反射鏡1，第二條形反射鏡2，激光輸出鏡3，輸出窗口鏡4(可以選用金剛石窗口)，轉(zhuǎn)折鏡5，聚焦球面鏡6，自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器7，溫度傳感器8，柱面鏡9，準(zhǔn)直球面鏡10，四象限光電探測器11和一對(duì)平行板電極12；第一條形反射鏡1和第二條形反射鏡2共焦放置，一對(duì)平行板電極12放置在上述兩條形反射鏡之間，激光輸出鏡3法線與上述兩反射鏡的對(duì)稱軸成45°角放置，輸出窗口鏡4法線與激光輸出鏡3的法線成45°角，轉(zhuǎn)折鏡5與激光輸出鏡平行放置，輸出窗口鏡4位于激光輸出鏡3和轉(zhuǎn)折鏡之間，聚焦球面鏡6的中軸線與激光輸出鏡法線成45°角，自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器7放在聚焦球面鏡6的焦面上，溫度傳感器8緊貼在自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器7擋板表面，柱面鏡9的中軸線與聚焦球面鏡6的中軸線成一個(gè)小夾角，自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器7位于聚焦球面鏡6和柱面鏡9之間，準(zhǔn)直球面鏡10的軸線與柱面鏡9的中軸線關(guān)于聚焦球面鏡6的中軸線對(duì)稱，四象限光電探測器11的法線垂直于準(zhǔn)直球面鏡10的中軸線。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第一條形反射鏡1和第二條形反射鏡2軸線平行共焦放置，圖示兩個(gè)反射鏡均為凹面鏡，組成負(fù)支共焦非穩(wěn)諧振腔，兩個(gè)反射鏡的尺寸和半徑與設(shè)計(jì)的諧振腔菲涅爾數(shù)和放大率有關(guān)，一對(duì)平行板電極放置于兩個(gè)條形反射鏡兩側(cè)，平行板電極之間為放電增益區(qū)，激光輸出鏡通常位于第一條形反射鏡上，改變光束的輸出方向，激光輸出鏡的尺寸與鏡面上光斑的尺寸相同，上述結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中通常密封在一個(gè)腔內(nèi)，金剛石輸出窗口鏡作為該腔的輸出鏡將腔內(nèi)和腔外分開，轉(zhuǎn)折鏡主要改變光束的傳播方向使得光束照射到聚焦球面鏡，轉(zhuǎn)折鏡的尺寸與鏡面上光斑的尺寸相同，聚焦球面鏡的焦距與該鏡中心到濾波器中心的距離相等，即濾波器中心位于聚焦球面鏡的焦面上，濾波器的狹縫長度略大于光束在波導(dǎo)方向的長度，溫度傳感器附著在濾波器表面，不影響光束的傳播，柱面鏡軸線與光束中心軸線存在一個(gè)小夾角，使得光束以很小的入射角入射，設(shè)計(jì)柱面鏡的參數(shù)，使得輸出光束在兩個(gè)方向上的發(fā)散角相等，選擇柱面鏡在光路上的位置，使得輸出光束在波導(dǎo)方向和非穩(wěn)方向的束寬相等，光束由準(zhǔn)直球面鏡輸出到激光器外，通過調(diào)節(jié)該鏡的半徑可以獲得不同發(fā)散角和束腰半徑的光束，四象限光電探測器的尺寸大于光束在探測器表面形成的光斑尺寸，由于輸出光束近似為平行光該探測器可以放置在準(zhǔn)直球面鏡后有限距離處。為防止出現(xiàn)形變，在上述器件的發(fā)熱處應(yīng)加循環(huán)水冷卻表面溫度。

如圖2所示，光束從諧振腔內(nèi)產(chǎn)生經(jīng)過第一條形反射鏡的邊緣衍射后，光束分為波導(dǎo)方向和非穩(wěn)方向，圖示光束為非穩(wěn)方向光束，光束照射到激光輸出鏡上傳播方向改變90度，聚焦球面鏡對(duì)光束進(jìn)行聚焦，并且將非穩(wěn)方向的主瓣和旁瓣在焦平面上分開，空間濾波器位于該焦平面上，通過自動(dòng)調(diào)整狹縫的大小、位置和姿態(tài)使得僅有旁瓣照射到溫度傳感器上散射出光路，濾波后的光束由柱面鏡整形為兩個(gè)方向發(fā)散角相等且寬度相等的對(duì)稱光束，最后由準(zhǔn)直球面鏡將激光輸出。

上述情況為空間濾波器狹縫處在最佳位置，也是精密步進(jìn)電機(jī)和高分辨率直線電機(jī)帶動(dòng)楔形擋板到達(dá)的目標(biāo)位置，即狹縫的軸線通過聚焦球面鏡的焦點(diǎn)且狹縫中心在光軸上且狹縫的軸線與波導(dǎo)方向平行。但由于電機(jī)和其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度限制，楔形擋板往往不能達(dá)到最佳位置，這就會(huì)導(dǎo)致輸出光束質(zhì)量下降。如圖3所示為可能出現(xiàn)的不同誤差情況：(a)狹縫位置正確，但寬度過大；(b)狹縫位置正確，但寬度過?。?c)狹縫中心不在光軸上；(d)狹縫方向與波導(dǎo)方向存在夾角。

系統(tǒng)主要參數(shù)如表一所示：

表一

當(dāng)采用上述參數(shù)時(shí)，空間濾波器的狹縫寬度為0.9mm時(shí)兩個(gè)方向的M²因子差值絕對(duì)值最小，功率損耗只有9.5％，傳輸1000mm時(shí)兩個(gè)方向的光束寬度差值為0.05m。當(dāng)狹縫寬度小于0.9mm時(shí)功率損耗增大，比如0.8mm時(shí)損耗為10％，對(duì)于大功率激光器而言此損耗不能接受；如圖5所示當(dāng)狹縫位置正確，狹縫寬度增大非穩(wěn)方向的光束發(fā)散角增大導(dǎo)致光束質(zhì)量下降，當(dāng)寬度增加到1.2mm時(shí)，兩個(gè)方向光束差值增大至0.2mm；如圖6當(dāng)狹縫中心不在光軸上，向一側(cè)存在偏移時(shí)光斑由圓形變成橢圓形，當(dāng)偏移量為0.2mm時(shí)非穩(wěn)方向光束不再是高斯光束，當(dāng)偏移量為0.3mm時(shí)出現(xiàn)旁瓣，如圖7所示當(dāng)偏移量為0.2mm時(shí)增加的損耗為1.2％，偏移量為0.3mm時(shí)增加的損耗為9.6％；如圖8所示當(dāng)波導(dǎo)方向與狹縫方向存在夾角時(shí)光束質(zhì)量下降，并且夾角大于5°時(shí)光束開始產(chǎn)生旁瓣，如圖9所示當(dāng)夾角為5°時(shí)功率損耗為2％夾角為10°時(shí)功率損耗為25％，夾角大于5°時(shí)產(chǎn)生旁瓣。

在本發(fā)明實(shí)施例中，自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器包括：控制單元和機(jī)械單元。如圖10所示，其中控制單元包括：中央處理器，電源模塊，信號(hào)采集模塊和信號(hào)放大模塊，信號(hào)放大模塊、信號(hào)采集模塊和中央處理器依次連接，信號(hào)放大模塊的第一輸入端用于連接溫度傳感器的輸出端，信號(hào)放大模塊的第二輸入端用于連接四象限光電探測器的輸出端，中央處理器的輸出端連接機(jī)械單元；電源模塊的一端連接市電，另一端分別連接至信號(hào)放大模塊、信號(hào)采集模塊和中央處理器的電源端。

溫度傳感器和四象限光電探測器將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，信號(hào)放大模塊將微弱的電信號(hào)放大，信號(hào)采集模塊將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到中央處理器的串口，處理器通過兩路信號(hào)對(duì)光束質(zhì)量和光路狀態(tài)進(jìn)行判斷，然后發(fā)出控制信號(hào)給機(jī)械單元的精密步進(jìn)電機(jī)和高分辨率直線電機(jī)，調(diào)整濾波器。

電源控制模塊將市電的高壓交流電轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊使用的低壓直流電，同時(shí)為保證控制單元的安全性和穩(wěn)定性，電源模塊應(yīng)該具有過載保護(hù)和紋波抑制等功能。如果有需要，控制單元的電壓可以由鋰電池提供，電源控制模塊只負(fù)責(zé)變壓。

如圖4所示為自適應(yīng)空間濾波器的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖和調(diào)節(jié)示意圖，圖4(a)為自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器的整體結(jié)構(gòu)圖，圖4(b)為濾波器狹縫大小調(diào)節(jié)示意圖，圖內(nèi)所有結(jié)構(gòu)稱為第一基準(zhǔn)；圖4(c)為濾波器狹縫位置調(diào)節(jié)示意圖，圖內(nèi)所有結(jié)構(gòu)稱為第二基準(zhǔn)；圖4(d)為濾波器狹縫姿態(tài)調(diào)節(jié)示意圖，圖內(nèi)所有結(jié)構(gòu)稱為第三基準(zhǔn)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，機(jī)械單元包括：第一高分辨率直線電機(jī)13、第二高分辨率直線電機(jī)14、精密步進(jìn)電機(jī)15、蝸桿16、蝸輪17、第一螺母18、第一擋板19、第一撥叉20、旋轉(zhuǎn)桿23、平移滑塊24、旋轉(zhuǎn)板25、限位螺釘26、翼板27，同步正反向螺紋軸28，第一導(dǎo)軌29，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接器30，第二撥叉32，第二擋板33，第二螺母34和第二導(dǎo)軌35；其中，第一擋板19通過第一撥叉20與第一螺母18相連，第二擋板33通過第二撥叉32與第二螺母34相連，上述兩個(gè)螺母旋在同步正反向螺紋軸28兩側(cè)，蝸輪17固定在同步正反向螺紋軸28中心，蝸桿16位于蝸輪17的一側(cè)，精密步進(jìn)電機(jī)15的轉(zhuǎn)軸通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接器30與蝸桿16相連，精密步進(jìn)電機(jī)15固定在平移滑塊24上，上述平移滑塊套接在第一導(dǎo)軌29和第二導(dǎo)軌35上，第二高分辨率直線電機(jī)14的頂桿通過旋轉(zhuǎn)板25的小孔與平移滑塊24相連，限位螺釘26安裝在旋轉(zhuǎn)板25的限位槽中與翼板27連接，第一高分辨率直線電機(jī)13通過翼板27上的小孔與旋轉(zhuǎn)桿23相連接。

在本發(fā)明實(shí)施例中，機(jī)械單元還包括：第一復(fù)位彈簧21、第二復(fù)位彈簧22和第三復(fù)位彈簧31，其中，第一復(fù)位彈簧21安裝在旋轉(zhuǎn)桿23和翼板27之間，第二復(fù)位彈簧22和安裝在第二導(dǎo)軌35上，使平移滑塊24在第二復(fù)位彈簧22和第二高分辨率直線電機(jī)之間，第三復(fù)位彈簧31安裝在第一導(dǎo)軌29上，使平移滑塊24在第三復(fù)位彈簧31和第二高分辨率直線電機(jī)之間。

具體地，如圖4(a)所示，由于第一擋板19與第二擋板33分別與相應(yīng)的撥叉的一端緊固連接成為一個(gè)整體，撥叉的長度使得擋板中心位于光路的中心，該撥叉的另一端分別連接一個(gè)螺母，兩個(gè)螺母的螺紋旋向相反，螺母被旋在同步正反向螺紋軸28兩側(cè)，該螺紋軸外表面兩側(cè)的螺紋旋向與對(duì)應(yīng)的螺母相匹配，該螺紋軸的長度決定于自適應(yīng)調(diào)節(jié)濾波器狹縫大小的失調(diào)范圍，該螺紋軸的螺紋交接處緊固連接一個(gè)蝸輪17，該螺紋軸的軸線通過蝸輪截面的圓心，該同步正反向螺旋軸與該蝸輪同向同角速度旋轉(zhuǎn)，蝸輪一側(cè)安裝匹配的蝸桿16，蝸桿16上端通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接器30與精密步進(jìn)電機(jī)15的轉(zhuǎn)軸相連，該電機(jī)的外殼兩側(cè)有固定孔，通過螺釘固定在平移滑塊24上，當(dāng)平移滑塊24左右移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)第一基準(zhǔn)內(nèi)的零件整體平動(dòng)；平移滑塊套接在第一導(dǎo)軌29和第二導(dǎo)軌35上，上述兩導(dǎo)軌兩側(cè)固定在旋轉(zhuǎn)板25左右兩側(cè)的平行面之間，在平移滑塊24和旋轉(zhuǎn)板25的一個(gè)側(cè)面之間的第一導(dǎo)軌29上安裝第三復(fù)位彈簧31，第二導(dǎo)軌35上安裝第二復(fù)位彈簧22，上述兩彈簧兩端與平移滑塊24和旋轉(zhuǎn)板25連接，在旋轉(zhuǎn)板25的另一個(gè)側(cè)面上有一個(gè)貫穿孔，第一高分辨率直線電機(jī)13的頂桿通過該孔與平移滑塊24相接觸，頂桿長度滿足在調(diào)節(jié)過程中頂桿端點(diǎn)始終與平移滑塊24相接觸，當(dāng)頂桿縮到最短時(shí)平移滑塊24位于第一導(dǎo)軌29與第二導(dǎo)軌35的最左側(cè)，第二復(fù)位22與第三復(fù)位彈簧31彈簧處于最舒張的狀態(tài)，當(dāng)頂桿伸長到最長的位置上述兩彈簧處于最壓縮的狀態(tài)，平移滑塊24的移動(dòng)范圍和上述兩彈簧的壓縮范圍決定于自適應(yīng)調(diào)節(jié)濾波器橫向失調(diào)范圍；旋轉(zhuǎn)板25的中部有一個(gè)弧形限位槽，弧形的圓心位于光路的中軸線上，弧形的張角決定于自適應(yīng)調(diào)節(jié)濾波器旋轉(zhuǎn)方向的失調(diào)范圍，限位螺釘14通過該限位槽將旋轉(zhuǎn)板和光桶外側(cè)的翼板27連接起來，防止旋轉(zhuǎn)板25在翼板27的法線方向上存在移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)板25中部上側(cè)突出一個(gè)旋轉(zhuǎn)桿23，該旋轉(zhuǎn)桿23位于翼板27上側(cè)兩個(gè)平行平面突起之間，旋轉(zhuǎn)桿23與一個(gè)平面突起之間用第一復(fù)位彈簧21相連接，另一個(gè)平面突起的中部有一個(gè)貫穿孔，第一高分辨率直線電機(jī)13的頂桿通過該孔與旋轉(zhuǎn)板相接觸，該頂桿的長度與旋轉(zhuǎn)板25的限位槽的張角匹配，能滿足自適應(yīng)濾波器的調(diào)節(jié)范圍。

如圖4(b)所示，精密步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿每轉(zhuǎn)一圈蝸輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)螺紋，蝸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)同步正反向螺紋軸轉(zhuǎn)動(dòng)，上述螺紋軸上兩個(gè)旋向相反的螺母同時(shí)帶動(dòng)撥叉上的楔形擋板在橫向軸線上移動(dòng)，進(jìn)而改變狹縫的大小，空間濾波器的軸線說明如圖2所示。如圖4(c)所示，第一基準(zhǔn)通過精密步進(jìn)電機(jī)兩側(cè)的螺釘與導(dǎo)軌上的平移滑塊緊固連接，第一高分辨率直線電機(jī)13增加或縮短頂桿露出的長度推動(dòng)平移滑塊在導(dǎo)軌上向右或向左平動(dòng)，同時(shí)平移滑塊壓縮或釋放第二復(fù)位彈簧，平移滑塊帶動(dòng)第一基準(zhǔn)內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)進(jìn)行平動(dòng)進(jìn)而改變狹縫的位置。如圖4(d)所示，第二基準(zhǔn)內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)通過限位螺釘固定在翼板平面內(nèi)，限位螺釘在該平面內(nèi)只能沿限位槽滑動(dòng)，當(dāng)?shù)谝桓叻直媛手本€電機(jī)13增加或縮短頂桿露出的長度時(shí)旋轉(zhuǎn)桿向左壓縮第一復(fù)位彈簧或者向右釋放第一復(fù)位彈簧，通過旋轉(zhuǎn)桿的作用第二基準(zhǔn)內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)繞光桶中心旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變?yōu)V波器的姿態(tài)。

為了使調(diào)節(jié)過程更加明確，以一種可能的情況為例簡述本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)節(jié)空間濾波器的工作過程。假設(shè)初始狀態(tài)為：兩個(gè)擋板處在任意位置，激光照射到a擋板，狹縫寬度任意，擋板姿態(tài)存在小角度偏差。則濾波器狀態(tài)調(diào)節(jié)順序如下：

(1)位置的調(diào)節(jié)：擋板a與擋板b上的兩個(gè)溫度傳感器產(chǎn)生兩個(gè)溫度信號(hào)，第一高分辨率直線電機(jī)13收縮頂桿使狹縫向擋板a的方向移動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)擋板產(chǎn)生的溫度信號(hào)相等時(shí)停止移動(dòng)。

(2)姿態(tài)的調(diào)節(jié)：第一高分辨率直線電機(jī)13推出或收縮頂桿，使得四象限光電探測器產(chǎn)生的四個(gè)電信號(hào)總和最大，此過程中應(yīng)保持狹縫位置不變，所以需要精密步進(jìn)電機(jī)同步進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)距離由控制算法決定。

(3)大小的調(diào)節(jié)：精密步進(jìn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，使得狹縫寬度變小，增大激光照射在擋板上的功率，當(dāng)溫度升高速度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，兩個(gè)電機(jī)更換方向反向運(yùn)動(dòng)，直至溫度第一次下降到極小值時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。

此時(shí)光束的波導(dǎo)方向沿著狹縫中軸線方向，兩個(gè)擋板邊緣處在第一極小值的位置，主瓣全部通過，旁瓣照射到擋板上四象限探測器的四路信號(hào)方差最小，當(dāng)方差變大時(shí)重新執(zhí)行上述步驟。

如果任意時(shí)候擋板上的溫度傳感器接收到的溫度信號(hào)大于最高溫度閾值，兩個(gè)擋板立即向外運(yùn)動(dòng)減小照射功率，防止燒壞濾波器及傳感器。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。