一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)，該方法包括：激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到激光光束分析儀探測面上，測量并記錄所述激光光束在所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；在所述激光器發(fā)出的激光光束的光路中放置一個楔鏡，調(diào)節(jié)楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使激光光束透過所述楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上；測量并記錄通過所述楔鏡折射后的激光光束在所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。通過本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)，通過計算出探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，能夠?qū)す夤馐治鰞x探測面進行精確定位。
【專利說明】一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及儀器校準【技術領域】，尤其涉及一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]激光光束分析儀基于所探測的激光光束橫截面內(nèi)光強分布信息，可實現(xiàn)顯示光強分布的二維圖像，計算分析光束寬度、發(fā)散角、質(zhì)心位置、橢圓率、高斯擬合等參量，常用于診斷激光光束，控制光束質(zhì)量，描述光束傳輸特性，主要應用于激光微細加工、醫(yī)用激光診斷治療、激光雷達、慣性約束核聚變等領域。
[0003]在使用激光光束分析儀的時候，經(jīng)常需要確定激光光束分析儀探測面的位置，但是，由于激光光束分析儀探測面通常位于激光光束分析儀探測器接收口內(nèi)，對探測面的位置主要是通過目測的方法來確定。
[0004]根據(jù)以上描述可以看出，采用目測來確定探測面的位置，不能對探測面進行精確定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)，能夠?qū)す夤馐治鰞x探測面進行精確定位。
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種激光光束分析儀探測面定位方法，所述方法包括:
[0007]激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到激光光束分析儀探測面上，測量并記錄所述激光光束在所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；
[0008]在所述激光器發(fā)出的激光光束的光路中放置一個楔鏡，調(diào)節(jié)楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使激光光束透過所述楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上；
[0009]測量并記錄通過所述楔鏡折射后的激光光束在所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；
[0010]計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。
[0011]進一步地，所述計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，包括:
[0012]根據(jù)所述質(zhì)心位置(clx，Cly)和質(zhì)心位置(c2x，c2y)，得出兩個質(zhì)心的距離d ；
[0013]根據(jù)公式P=BrcSinOi1Sina / n2)-a得出所述折射后的激光光束的偏折角β,其中，楔鏡的上楔角a，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率n2 ；
[0014]根據(jù)公式L = d / tani3計算出激光光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
[0015]另一方面，本發(fā)明提供了一種激光光束分析儀探測面定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0016]激光器、楔鏡、激光光束分析儀，計算模塊；
[0017]所述激光器，用于發(fā)出激光光束，使激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到所述激光光束分析儀探測面上；
[0018]所述楔鏡，用于折射所述激光器發(fā)出的激光光束，使所述激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使所述激光光束透過楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上；
[0019]所述激光光束分析儀，用于測量并記錄所述激光器發(fā)出的激光光束不經(jīng)過楔鏡折射直接垂直入射到所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置，并且還用于測量并記錄所述激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)過楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；
[0020]所述計算模塊，用于根據(jù)所述激光光束分析儀測量并記錄的質(zhì)心位置，計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。
[0021]進一步地,所述系統(tǒng)包括:
[0022]楔鏡固定裝置，用于固定所述楔鏡和帶動楔鏡一起翻轉(zhuǎn)，使楔鏡不在所述激光器發(fā)出的激光光束的光路上或回到該光路上，并使楔鏡再次回到光路中后與之前在光路中時，激光光束的入射點和入射角不變。
[0023]進一步地，所述計算模塊具體用于，
[0024]根據(jù)質(zhì)心位置(clx，cly)和質(zhì)心位置(c2x，c2y)，得出兩個質(zhì)心的距離d ；
[0025]根據(jù)公式β =arcsin Oi1Sin α / η2) - α得出折射后的激光光束的偏折角β，其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率η2 ；
[0026]根據(jù)公式L = d / tani3計算出激光光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
[0027]進一步地，所述楔鏡的上楔角的度數(shù)小于10°。
[0028]通過本發(fā)明提供的一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)，用激光光束分析儀來精確測得激光光束的光斑的質(zhì)心位置，根據(jù)已知的參數(shù)能夠計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，由于在激光器和楔鏡的位置保持不變的情況下，楔鏡上的激光光束出射點的位置是不變的，因此測得激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離也就確定了激光光束分析儀探測面的位置，實現(xiàn)了對激光光束分析儀探測面進行精確定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例提供的一種激光光束分析儀探測面定位方法流程圖；
[0031]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例提供的一種計算出探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離的方法流程圖；
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例提供的光束在楔鏡中的折射示意圖；
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例提供的一種激光光束分析儀探測面定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例提供的另一種激光光束分析儀探測面定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明一實施例提供的另一種激光光束分析儀探測面定位方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0037]在激光光束分析儀的應用過程中，經(jīng)常需要確定激光光束分析儀探測面的位置，但是，由于激光光束分析儀探測面通常位于探測器接收口內(nèi)，對探測面的位置主要是通過目測的方法來確定。為了能夠準確的定位探測面的位置，本發(fā)明實施例提供了一種激光光束分析儀探測面定位方法，參加圖1，該方法包括:
[0038]步驟101:激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到激光光束分析儀探測面上，記錄激光光束在激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；
[0039]步驟102:在激光器發(fā)出的激光光束的光路中放置一個楔鏡，調(diào)節(jié)楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使激光光束透過楔鏡折射后入射到激光光束分析儀探測面上；
[0040]步驟103:記錄通過楔鏡折射后的激光光束在激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；
[0041]步驟104:計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。
[0042]需要說明的是，在本實施例提供的方法中，在激光器和楔鏡的位置保持不變的情況下，楔鏡上的激光光束出射點的位置是不變的，通過測量激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，可精確定位激光光束分析儀探測面。當多個激光光束分析儀要確定他們之間的相對位置時，可以以楔鏡上的激光光束出射點為參照點，分別測量各個激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，對各個激光光束分析儀探測面進行定位。例如在對激光光束分析儀的光束寬度值的校準時，需要保證標準儀器和被測儀器的探測面的位置重復，否則會造成較大的誤差，可以通過本發(fā)明實施例提供的方法來分別對標準儀器和被測儀器進行定位，通過分別計算出標準儀器的探測面和被測儀器的探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，對標準儀器或被測儀器進行調(diào)整，使標準儀器的探測面和被測儀器的探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離相等，即可實現(xiàn)標準儀器和被測儀器的探測面的位置重復。
[0043]參見圖2，通過以下步驟來計算出探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。如圖3所示，光束在楔鏡中的折射示意圖，其中，包括:楔鏡、楔鏡的上楔角α、折射后的光束的偏折角β、探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離L、兩個質(zhì)心的距離d、入射光線、折射光線，具體步驟包括:
[0044]步驟201:根據(jù)質(zhì)心位置(clx，cly)和質(zhì)心位置(c2x，c2y)，得出兩個質(zhì)心的距離d ；
[0045]步驟202:根據(jù)公式β = arcsin Oi1Sin α / η2)-α得出折射后的光束的偏折角β，其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率η2 ；[0046]步驟203:根據(jù)公式L = d / tani3計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離L。
[0047]另外，本發(fā)明實施例還提供了一種激光光束分析儀探測面定位系統(tǒng)，參見圖4，該系統(tǒng)包括:
[0048]激光器401、楔鏡402、激光光束分析儀403，計算模塊404 ；
[0049]激光器401，用于發(fā)出激光光束，使激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到激光光束分析儀403探測面上；
[0050]楔鏡402，用于折射激光器401發(fā)出的激光光束，使激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使激光光束透過楔鏡折射后入射到激光光束分析儀探測面上；
[0051]激光光束分析儀403，用于測量并記錄激光器發(fā)出的激光光束不經(jīng)過楔鏡折射直接垂直入射到激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置，并且還用于測量并記錄激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)過楔鏡折射后入射到激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置；
[0052]計算模塊404，用于根據(jù)激光光束分析儀403測量并記錄的質(zhì)心位置，計算出激光光束分析儀403探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。
[0053]其中，激光器可以米用光束質(zhì)量良好、發(fā)散角小、性能穩(wěn)定的氦氖激光器。
[0054]另外，為了使測量結(jié)果準確，需要固定楔鏡，在該系統(tǒng)中，增加了楔鏡固定裝置405，用于固定楔鏡402和帶動楔鏡402 —起翻轉(zhuǎn)，使楔鏡402不在激光器401發(fā)出的激光光束的光路上或回到該光路上，并使楔鏡402再次回到該光路中后與之前在光路中時，激光光束的入射點和入射角不變。
[0055]該系統(tǒng)中的楔鏡可以使用光學楔鏡，楔鏡的上楔角的角度小于10°。
[0056]其中，激光光束分析儀可以用于根據(jù)質(zhì)心位置計算出探測面到楔鏡上的光束出射點的距離。
[0057]在進行探測面定位時，激光器發(fā)出的激光光束垂直于激光光束分析儀探測面，在測量過程中激光器和激光光束分析儀的位置保持不變。
[0058]下面通過一個具體的實施例來詳細說明本發(fā)明一個實施例的實現(xiàn)過程。
[0059]在本實施例中，參見圖5，是本實施例系統(tǒng)的示意圖，圖中包括:激光器501、楔鏡502、激光光束分析儀503、激光光束分析儀的探測面504、可翻轉(zhuǎn)的機械件505、入射光線、折射光線、未折射前的光線、楔角α、偏折角β、兩個質(zhì)心的距離d、探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離L、虛線的三角形表示楔鏡不在激光光束光路中的位置。其中，楔鏡502位于激光器501和激光光束分析儀503之間，并且楔鏡502固定在可翻轉(zhuǎn)的機械件505上，該可翻轉(zhuǎn)的機械件505可以帶動楔鏡502 —起翻轉(zhuǎn)，使楔鏡502不在光路上或回到光路上，并使楔鏡再次回到光路中后與之前在光路中時，激光光束的入射點和入射角不變。
[0060]本實施例選用氦氖激光器，激光器輸出TEMOO模高斯光束，光束發(fā)散角為
1.6mrad,激光器預熱30分鐘以上，保證輸出光束穩(wěn)定。選用光學楔鏡，其上楔角α為
2.78°，楔鏡的折射率Ii1為1.516，空氣的折射率為η2為1.000。楔鏡安裝在二維調(diào)節(jié)鏡架上，鏡架固定在可垂直翻轉(zhuǎn)的機械件上。具體步驟參見圖6，如下:
[0061]步驟601:調(diào)節(jié)楔鏡使激光光束垂直入射到楔鏡的垂直面，通過可垂直翻轉(zhuǎn)的機械件固定楔鏡，該機械件能夠使楔鏡不在激光器發(fā)出的激光光束的光路上或回到光路上，并使楔鏡再次回到光路中后與之前在光路中時，激光光束的入射點和入射角不變，固定激光器;
[0062]步驟602:調(diào)節(jié)待測的激光光束分析儀，使激光器發(fā)出的激光光束垂直于激光光束分析儀的探測面，并且使經(jīng)過楔鏡折射后的激光光束能夠入射到該激光光束分析儀探測面上；
[0063]步驟603:將激光光束垂直入射到該激光光束分析儀探測面上，記錄光束在激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置(clx, cly)為(4.147mm, 3.139mm)；
[0064]步驟604:通過可垂直翻轉(zhuǎn)的機械件翻轉(zhuǎn)楔鏡，使楔鏡處于激光光束的光路中，記錄通過該楔鏡折射后的激光光束在激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置(c2x，c2y)為(1.570mm, 3.014mm)；
[0065]步驟605:根據(jù)公式d = - c2x)2 + (c。- C2J2計算兩個質(zhì)心的距離d=2.580mm,根據(jù)公式β = arcsin Oi1Sina / n2)-a計算折射后的微光光束的偏折角β=1.432° ,根據(jù)公式L = d / tani3，得出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離L=103.3mmη
[0066]通過上述描述可見，本發(fā)明實施例具有如下的有益效果:
[0067]通過本發(fā)明實施例提供的一種激光光束分析儀探測面定位方法及系統(tǒng)，用激光光束分析儀來精確測得激光光束的光斑的質(zhì)心位置，根據(jù)已知的參數(shù)能夠計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，由于在激光器和楔鏡的位置保持不變的情況下，楔鏡上的激光光束出射點的位置是不變的，因此測得激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離也就確定了激光光束分析儀探測面的位置，實現(xiàn)了對激光光束分析儀探測面進行精確定位。
[0068]需要說明的是，在本文中，`諸如第一和第二之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同因素。
[0069]本領域普通技術人員可以理解:實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲在計算機可讀取的存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括:R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)中。
[0070]最后需要說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，僅用于說明本發(fā)明的技術方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種激光光束分析儀探測面定位方法，其特征在于，所述方法包括: 激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到激光光束分析儀探測面上，測量并記錄所述激光光束在所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置； 在所述激光器發(fā)出的激光光束的光路中放置一個楔鏡，調(diào)節(jié)楔鏡使該光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使激光光束透過所述楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上；測量并記錄通過所述楔鏡折射后的激光光束在所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置； 計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離，包括: 根據(jù)所述質(zhì)心位置(clx，cly)和質(zhì)心位置(c2x，c2y)，得出兩個質(zhì)心的距離d ； 根據(jù)公式β =arcsin Oi1Sin α / η2)-α得出所述折射后的激光光束的偏折角β ,其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1，空氣折射率η2 ； 根據(jù)公式L = d / tani3計算出激光光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
3.一種激光光束分析儀探測面定位系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 激光器、楔鏡、激光光束分析儀，計算模塊； 所述激光器，用于發(fā)出激光光束，使激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到所述激光光束分析儀探測面上； 所述楔鏡，用于折射所述激光器發(fā)出的激光光束，使所述激光器發(fā)出的激光光束垂直入射到楔鏡的垂直面，并使所述激光光束透過楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上； 所述激光光束分析儀，用于測量并記錄所述激光器發(fā)出的激光光束不經(jīng)過楔鏡折射直接垂直入射到所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置，并且還用于測量并記錄所述激光器發(fā)出的激光光束經(jīng)過楔鏡折射后入射到所述激光光束分析儀探測面上的光斑的質(zhì)心位置； 所述計算模塊，用于根據(jù)所述激光光束分析儀測量并記錄的質(zhì)心位置，計算出激光光束分析儀探測面到楔鏡上的激光光束出射點的距離。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 楔鏡固定裝置，用于固定所述楔鏡和帶動楔鏡一起翻轉(zhuǎn)，使楔鏡不在所述激光器發(fā)出的激光光束的光路上或回到該光路上，并使楔鏡再次回到光路中后與之前在光路中時，激光光束的入射點和入射角不變。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算模塊具體用于， 根據(jù)質(zhì)心位置(Clx，Cly)和質(zhì)心位置(c2x，C2y)，得出兩個質(zhì)心的距離d ; 根據(jù)公式β =arcsin Oi1Sin α / η2)-α得出折射后的激光光束的偏折角β,其中，楔鏡的上楔角α，楔鏡的折射率Ii1,空氣折射率η2 ； 根據(jù)公式L = d / tani3計算出激光光束分析儀探測面到所述出射點的距離L。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于， 所述楔鏡的上楔角的度數(shù)小于10°。
【文檔編號】G01J1/00GK103487237SQ201310414146
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王艷萍, 馬沖, 王茜蒨 申請人:中國計量科學研究院