專利名稱：激光諧振腔的輔助裝調(diào)設(shè)備、調(diào)腔系統(tǒng)及其調(diào)腔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)諧振腔的配套組件及使用方法，尤其涉及一種光學(xué)諧振腔輔
助裝調(diào)設(shè)備、調(diào)腔系統(tǒng)及其調(diào)腔方法。
背景技術(shù)：
激光諧振腔是激光器中實(shí)現(xiàn)激光能量提取和輸出的關(guān)鍵器件，激光諧振腔的準(zhǔn)直 與否將直接影響激光器的輸出光束質(zhì)量和輸出功率的穩(wěn)定性，因此激光器在安裝或運(yùn)行時(shí) 都要進(jìn)行光諧振腔腔鏡的裝調(diào)，使其腔鏡位置達(dá)到設(shè)計(jì)要求才能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的輸出指標(biāo)。
激光諧振腔分為非穩(wěn)腔和穩(wěn)定腔兩大類，采用非穩(wěn)腔的激光器輸出光束波前為球 面波或平面波，一般用于高能激光器；采用穩(wěn)定腔的激光器輸出為高斯光束，一般用于低能 量輸出的激光器。目前，非穩(wěn)腔的調(diào)腔方法一般如圖l所示，先采用He-Ne激光器l輸出的 高斯光束作為導(dǎo)引光，經(jīng)過(guò)凹面鏡21上的小孔注入到非穩(wěn)腔2中，導(dǎo)引光在非穩(wěn)腔2中經(jīng) 凸面鏡22和凹面鏡21多次往返擴(kuò)束后，經(jīng)輸出耦合鏡23輸出腔外，使輸出光束通過(guò)透鏡3 聚焦在焦平面4上觀察焦斑圖樣，最后通過(guò)如圖2所示的焦斑的干涉條紋形狀的對(duì)稱性來(lái) 判斷非穩(wěn)腔2是否準(zhǔn)直，再根據(jù)觀察結(jié)果反復(fù)調(diào)節(jié)非穩(wěn)腔2中的各個(gè)腔鏡，直到獲得對(duì)稱的 干涉圖樣。目前，穩(wěn)定腔的調(diào)腔方法一般如圖3所示，采用He-Ne激光器1輸出的高斯光束 作為導(dǎo)引光，導(dǎo)引光通過(guò)分光鏡51后進(jìn)入穩(wěn)定腔5，先經(jīng)輸出鏡52部分反射形成部分反射 光束，透過(guò)輸出鏡52的部分光束再經(jīng)反射鏡53反射后，形成反射光束。反射光束又一次透 過(guò)輸出鏡52，之后與部分反射光束一起經(jīng)過(guò)分光鏡51反射后到達(dá)觀察屏6，產(chǎn)生的干涉條 紋如圖4所示，通過(guò)干涉條紋的對(duì)稱性來(lái)判斷穩(wěn)定腔5是否準(zhǔn)直。 現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)論是穩(wěn)定腔還是非穩(wěn)腔的裝調(diào)，都需要通過(guò)人眼觀察條紋的對(duì)稱 性來(lái)判斷激光諧振腔中的腔鏡是否準(zhǔn)直。然而在實(shí)際的調(diào)腔過(guò)程中，由于人眼觀察的主觀 性，無(wú)法定量判別干涉條紋的對(duì)稱性，因此不同操作人員對(duì)干涉條紋是否對(duì)稱的判斷是具 有主觀不確定性的，這將導(dǎo)致調(diào)腔的精度和可重復(fù)性降低。此外環(huán)境振動(dòng)和空氣擾動(dòng)會(huì)使 干涉條紋圖像出現(xiàn)圖像模糊、吞吐現(xiàn)象，這就使人眼觀察判斷的準(zhǔn)確性和重復(fù)性進(jìn)一步降 低。 CN100555772C號(hào)中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種采用基于自準(zhǔn)直反饋光路的調(diào)腔方法， 其可以實(shí)現(xiàn)共焦非穩(wěn)腔的高精度裝調(diào)，但這種方法需要使用像差探測(cè)系統(tǒng)，該像差探測(cè)系 統(tǒng)較為昂貴，且該方法也僅適用于非穩(wěn)腔的裝調(diào)，具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能有效克服現(xiàn)有調(diào)腔 方法中人眼判斷的主觀性和隨機(jī)性、且調(diào)腔精度更高、重復(fù)性更好、成本更小的激光諧振腔 輔助裝調(diào)設(shè)備及調(diào)腔系統(tǒng)，同時(shí)還提供一種步驟簡(jiǎn)單、操作方便、成本小、可大范圍推廣應(yīng) 用的激光諧振腔的調(diào)腔方法。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備，其特征在于所述輔助裝調(diào)設(shè)備包括CCD攝像機(jī)(即電荷耦合元器件)、圖像采集處理系統(tǒng) 和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備，所述圖像采集處理系統(tǒng)包括采集圖像信息的采集單元和對(duì)采集后的圖像 信息進(jìn)行干涉條紋圖像數(shù)字處理的圖像處理單元，所述CCD攝像機(jī)、采集單元、圖像處理單 元和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接。所述激光諧振腔輸出的、且經(jīng)過(guò)縮束后的光束入 射在所述CCD攝像機(jī)的光敏面上。 上述的激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備中，所述CCD攝像機(jī)優(yōu)選為不帶鏡頭的CCD攝像 機(jī)，這樣能更好地避免鏡頭及其光闌所引起的雜光。 本發(fā)明還提供一種激光諧振腔的調(diào)腔系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)腔系統(tǒng)包括輸出 導(dǎo)引光的激光器、激光諧振腔和上述的輔助裝調(diào)設(shè)備，所述激光器、激光諧振腔和輔助裝調(diào) 設(shè)備的CCD攝像機(jī)之間依次通過(guò)光路形成配合。即由激光器發(fā)出的導(dǎo)引光經(jīng)激光諧振腔多 次往返后輸出，最后入射到輔助裝調(diào)設(shè)備的CCD攝像機(jī)光敏面上。 上述的調(diào)腔系統(tǒng)中，所述激光器與激光諧振腔之間優(yōu)選設(shè)置有一具有連續(xù)可調(diào)衰 減倍率的衰減片。激光器發(fā)射出的導(dǎo)引光細(xì)光束經(jīng)衰減片后作為激光諧振腔光軸，衰減片 垂直于該激光諧振腔光軸，該衰減片面向所述激光器的一面鍍有增透膜，另一面鍍有衰減 吸收膜，使所述激光器發(fā)出的導(dǎo)引光的透過(guò)率從99.9% 0的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。衰減片 的主要作用是控制導(dǎo)引光的強(qiáng)度，使所述CCD攝像機(jī)光敏面上的光強(qiáng)最終達(dá)到更合適的強(qiáng) 度，不至于使CCD飽和或光強(qiáng)不足。 上述的調(diào)腔系統(tǒng)中，所述激光諧振腔包括現(xiàn)行激光器研究領(lǐng)域定義的各類非穩(wěn)腔 及穩(wěn)定腔，但優(yōu)選為下述的非穩(wěn)腔或穩(wěn)定腔； 所述非穩(wěn)腔包括凹面鏡、凸面鏡和輸出藕合鏡，所述凹面鏡上開(kāi)設(shè)有一使所述導(dǎo)
引光注入非穩(wěn)腔內(nèi)的通孔，所述輸出耦合鏡置于凹面鏡和凸面鏡之間并靠近凸面鏡，所述
輸出耦合鏡為中心開(kāi)孔的平面反射鏡，且非穩(wěn)腔光軸過(guò)輸出耦合鏡的中心；所述非穩(wěn)腔外
設(shè)有對(duì)非穩(wěn)腔輸出光束進(jìn)行縮束的透鏡，所述透鏡的光軸過(guò)輸出耦合鏡的中心； 所述穩(wěn)定腔包括反射鏡和輸出鏡，所述穩(wěn)定腔組件與所述衰減片之間設(shè)有一分光
鏡，且穩(wěn)定腔光軸過(guò)分光鏡的中心，所述輸出鏡位于所述分光鏡與反射鏡之間；所述穩(wěn)定腔
外設(shè)有對(duì)穩(wěn)定腔輸出光束進(jìn)行縮束的透鏡，所述透鏡的光軸過(guò)所述分光鏡的中心。所述分
光鏡面向?qū)б獾囊粋?cè)鍍有對(duì)導(dǎo)引光增透的膜層，以避免光束在分光鏡兩個(gè)界面處的反射
引起干涉條紋圖像質(zhì)量的下降。 上述的調(diào)腔系統(tǒng)中，所述輸出耦合鏡的鏡面與非穩(wěn)腔光軸優(yōu)選呈45。夾角a ;所 述分光鏡的鏡面與穩(wěn)定腔光軸優(yōu)選成45。夾角|3 ;所述透鏡優(yōu)選為消像差透鏡，所述消像 差透鏡可以為單透鏡或透鏡組，所述透鏡的光軸與所述非穩(wěn)腔光軸或穩(wěn)定腔光軸垂直，且 該透鏡的光軸過(guò)所述CCD攝像機(jī)的光敏面中心并與該光敏面垂直。所述消像差透鏡的主要 功能是可以將調(diào)腔導(dǎo)引光經(jīng)激光諧振腔往返后輸出的光束放大或縮小，以便使激光諧振腔 輸出光束的橫截面可以占據(jù)所述CCD攝像機(jī)光敏面的80X 90X的區(qū)域，以更利于所述的 圖像處理單元對(duì)干涉條紋圖像信息的識(shí)別與提取。 本發(fā)明還提供一種激光諧振腔的調(diào)腔方法，該方法與上述的激光諧振腔輔助裝調(diào) 設(shè)備及調(diào)腔系統(tǒng)屬于同一發(fā)明構(gòu)思，且上述的激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備及調(diào)腔系統(tǒng)可用于 本發(fā)明的調(diào)腔方法中，該調(diào)腔方法包括以下步驟首先，激光器發(fā)出的導(dǎo)引光經(jīng)衰減片衰減 后進(jìn)入激光諧振腔，經(jīng)激光諧振腔多次往返后輸出的光束經(jīng)透鏡縮束后入射到一 CCD攝像
5機(jī)的光敏面上形成多光束干涉條紋圖像信息，該圖像信息由一圖像采集處理系統(tǒng)進(jìn)行采集和處理后得到干涉條紋圖像骨架線，根據(jù)該干涉條紋圖像骨架線獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)并使該數(shù)據(jù)信息顯示在一數(shù)據(jù)顯示設(shè)備上，最后根據(jù)顯示出的對(duì)稱度數(shù)據(jù)對(duì)激光諧振腔中的腔鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至顯示的對(duì)稱度數(shù)據(jù)滿足要求，調(diào)腔結(jié)束。 上述的激光諧振腔的調(diào)腔方法中，所述圖像采集處理系統(tǒng)優(yōu)選包括采集所述圖像信息的采集單元和對(duì)采集后的圖像信息進(jìn)行干涉條紋圖像數(shù)字處理的圖像處理單元，所述圖像處理單元的處理流程優(yōu)選包括讀入圖像、變換灰度、去除背景、二值化、形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算、提取干涉條紋圖像骨架線、獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)七個(gè)步驟。 上述的激光諧振腔的調(diào)腔方法中，所述圖像處理單元的處理流程中所包括的各個(gè)功能步驟均可通過(guò)現(xiàn)有成熟的數(shù)字圖像處理算法自行編程予以實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選通過(guò)matlab軟件制作的干涉條紋圖像數(shù)字處理程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，其中 所述去除背景步驟優(yōu)選是通過(guò)以"disk"結(jié)構(gòu)元素作為參數(shù)的下述matlab函數(shù)(見(jiàn)下式(l))實(shí)現(xiàn) background = imopen(J， strel(' disk' ， x)) ; (1)
1 = imsubtract (J， background) 上式(1)中J為變換灰度步驟后所得的函數(shù)值；衛(wèi)為去除背景步驟后所得的函數(shù)值； 所述形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算步驟優(yōu)選是通過(guò)以"disk"結(jié)構(gòu)元素作為參數(shù)的下述matlab函
數(shù)(見(jiàn)下式(2))實(shí)現(xiàn) SE = strel(' disk' ， x); J3 = imerode(J2， SE) ; (2)J4 = imdilate(J3， SE); 上式(2)中J2 = im2bwCL， x) ;J3、 J4分別為腐蝕、膨脹運(yùn)算后所得的函數(shù)值；
所述提取干涉條紋圖像骨架線步驟是通過(guò)下述matlab函數(shù)(見(jiàn)下式(3))實(shí)現(xiàn)
J5 = bwmorph(J4， ' thin' ， Inf) ; (3) 上式(3)中J5為提取干涉條紋圖像骨架線步驟后所得的函數(shù)值。(具體實(shí)施方式
中的J、 J2、 J3、 J4、 J5各參數(shù)的含義與上述各參數(shù)的含義相同) 上述的激光諧振腔的調(diào)腔方法中，所述獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)的具體方法可以是先過(guò)所述干涉條紋圖像骨架線的中心建立一直角坐標(biāo)系，取水平向右方向?yàn)閤
軸正方向，取豎直向上方向?yàn)閥軸正方向，然后以干涉條紋圖像骨架線在所述直角坐標(biāo)系
中的條紋間距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型，最后所述的圖像采集處理系統(tǒng)根據(jù)該對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型實(shí)時(shí)得出對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息并顯示在所述數(shù)據(jù)顯示設(shè)備上；所述的對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型為 <formula>formula see original document page 6</formula>
上式(4)中，Ax、 Ay分別表示激光諧振腔調(diào)腔干涉條紋在x軸、y軸方向上的對(duì)稱度數(shù)據(jù);如附圖7所示，DXi = XR「XLi或XL「XRi， DY丄=YR「YLi或YL「YRi，其中i = 1、2、3、4、5、6........n-1為所述干涉條紋圖像骨架線上出現(xiàn)的完整圓環(huán)的數(shù)目，X&、 Xl^分
別表示x軸正、負(fù)方向上第i個(gè)完整圓環(huán)的環(huán)間距，單位為像素(Pix) ， YRp YLi分別表示y軸正、負(fù)方向上第i個(gè)完整圓環(huán)的環(huán)間距，單位為像素(Pix); 所述根據(jù)顯示出的對(duì)稱度數(shù)據(jù)對(duì)激光諧振腔中的腔鏡(非穩(wěn)腔對(duì)應(yīng)為凹面鏡，穩(wěn)定腔則對(duì)應(yīng)為反射鏡)進(jìn)行調(diào)節(jié)的具體方法優(yōu)選為如果所述數(shù)據(jù)顯示設(shè)備上顯示出的A x < 0. 99，則調(diào)節(jié)激光諧振腔中凹面鏡或反射鏡的左右角直至A x > 0. 99，此時(shí)可認(rèn)為干涉條紋在x方向上達(dá)到對(duì)稱，不需再調(diào)節(jié)該方向上的鏡面傾斜量；如果所述數(shù)據(jù)顯示設(shè)備上顯示出的Ay < 0. 99，則調(diào)節(jié)激光諧振腔中凹面鏡或反射鏡的俯仰角直至Ay > 0. 99，此時(shí)可認(rèn)為干涉條紋在y方向上達(dá)到對(duì)稱，不需再調(diào)節(jié)該方向上的鏡面傾斜量。調(diào)節(jié)完畢后，激光諧振腔準(zhǔn)直。在實(shí)際調(diào)腔過(guò)程中，由于受雜光影響，所得到的干涉條紋圖像骨架線上形成的完整圓環(huán)數(shù)目可能較少(即n的值可能較小)，但只要滿足n的取值n > 2，即可根據(jù)上述對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型進(jìn)行干涉條紋對(duì)稱度的分析和判斷(對(duì)稱度數(shù)據(jù)的值越接近1，對(duì)稱度越好)。 上述各技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)顯示設(shè)備用于顯示調(diào)腔過(guò)程中干涉條紋原始圖像、干涉條紋圖像數(shù)字處理后的干涉條紋圖像骨架線以及干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息，以便調(diào)腔者能夠在調(diào)節(jié)腔鏡的同時(shí)觀察到相應(yīng)的對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)指導(dǎo)調(diào)腔過(guò)程。該數(shù)據(jù)顯示設(shè)備一般為計(jì)算機(jī)顯示器。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備、調(diào)腔系統(tǒng)及調(diào)腔方法最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替人眼，對(duì)干涉條紋的對(duì)稱性進(jìn)行定量分析和判斷，既消除了人眼判斷帶來(lái)的主觀不確定性，又使過(guò)去的定性判斷轉(zhuǎn)變?yōu)槎颗袛啵瑥亩蟠筇岣吡思す庵C振腔調(diào)腔的可重復(fù)性和調(diào)腔精度。本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案中采用了可調(diào)式衰減片、可變焦透鏡或透鏡組，可以更好地改善圖像質(zhì)量，為干涉條紋圖像的處理提供方便。
此外，本發(fā)明的激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備、調(diào)腔系統(tǒng)及調(diào)腔方法中，只需增設(shè)CCD攝像機(jī)、透鏡、可調(diào)式衰減片等常規(guī)組件，再配備計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，成本小，操作方便，效果明顯，便于推廣應(yīng)用。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中非穩(wěn)腔的調(diào)腔方法原理圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)引光經(jīng)非穩(wěn)腔多次往返后形成的干涉條紋圖像； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中穩(wěn)定腔的調(diào)腔方法原理圖； 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)引光經(jīng)穩(wěn)定腔多次往返后形成的干涉條紋圖像； 圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中用于非穩(wěn)腔輔助裝調(diào)的原理圖； 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中圖像處理單元的處理流程圖； 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中干涉條紋骨架線條紋間隔的取法示意圖； 圖8為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中用于穩(wěn)定腔輔助裝調(diào)的原理圖； 圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)腔前非穩(wěn)腔的干涉條紋圖； 圖10為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)腔前非穩(wěn)腔的干涉條紋圖經(jīng)處理后得到的干涉條紋圖像骨架線； 圖11為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)腔后準(zhǔn)直情況下非穩(wěn)腔的干涉條紋7
圖12為本發(fā)明實(shí)施例1中調(diào)腔后準(zhǔn)直情況下非穩(wěn)腔的干涉條紋圖經(jīng)處理后得到 的干涉條紋圖像骨架線； 圖13為本發(fā)明實(shí)施例2中調(diào)腔前穩(wěn)定腔的干涉條紋圖； 圖14為本發(fā)明實(shí)施例2中調(diào)腔前穩(wěn)定腔的干涉條紋圖經(jīng)處理后得到的干涉條紋 圖像骨架線； 圖15為本發(fā)明實(shí)施例2中調(diào)腔后準(zhǔn)直情況下穩(wěn)定腔的干涉條紋圖； 圖16為本發(fā)明實(shí)施例2中調(diào)腔后準(zhǔn)直情況下穩(wěn)定腔的干涉條紋圖經(jīng)處理后得到
的干涉條紋圖像骨架線。圖例說(shuō)明1、激光器11、衰減片2、非穩(wěn)腔21、凹面鏡22、凸面鏡23、輸出耦合鏡3、透鏡4、焦平面5、穩(wěn)定腔51、分光鏡52、輸出鏡53、反射鏡6、觀察屏7、 CCD攝像機(jī)8、圖像采集處理系統(tǒng)81、采集單元82、圖像處理單元9、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備
具體實(shí)施例方式
非穩(wěn)腔調(diào)腔
具體實(shí)施例方式
—種如圖5所示的本發(fā)明激光諧振腔的調(diào)腔系統(tǒng)及其調(diào)腔方法，該調(diào)腔系統(tǒng)包括 輸出導(dǎo)引光的激光器1、激光諧振腔和本發(fā)明的輔助裝調(diào)設(shè)備，該輔助裝調(diào)設(shè)備包括CCD攝 像機(jī)7、圖像采集處理系統(tǒng)8和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備9，圖像采集處理系統(tǒng)8包括采集圖像信息的 采集單元81和對(duì)采集后的圖像信息進(jìn)行干涉條紋圖像數(shù)字處理的圖像處理單元82， CCD攝 像機(jī)7、采集單元81、圖像處理單元82和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備9通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接。激光器1、 激光諧振腔和輔助裝調(diào)設(shè)備的CCD攝像機(jī)7之間依次通過(guò)光路形成配合，即經(jīng)激光器1發(fā) 出的導(dǎo)引光在激光諧振腔內(nèi)多次往返輸出后，再經(jīng)過(guò)縮束入射在CCD攝像機(jī)7的光敏面上。
圖5中所示的激光諧振腔為非穩(wěn)腔2，非穩(wěn)腔2與輸出導(dǎo)引光的激光器1之間設(shè)置 有一具有連續(xù)可調(diào)衰減倍率的衰減片ll，激光器1發(fā)射出的導(dǎo)引光細(xì)光束作為非穩(wěn)腔2的 光軸a，衰減片11垂直于非穩(wěn)腔2的光軸a。非穩(wěn)腔2組件包括凹面鏡21、凸面鏡22和輸 出藕合鏡23，凹面鏡21靠近衰減片11，其上開(kāi)設(shè)有一使導(dǎo)引光進(jìn)入非穩(wěn)腔2內(nèi)的通孔，輸 出耦合鏡23置于凹面鏡21和凸面鏡22之間并靠近凸面鏡22，輸出耦合鏡23為中心開(kāi)孔 (橢圓形孔或矩形孔)的平面反射鏡，其鏡面與非穩(wěn)腔2的光軸a呈45。夾角a，且非穩(wěn)腔 2的光軸a過(guò)輸出耦合鏡23的中心；非穩(wěn)腔2外設(shè)有一對(duì)非穩(wěn)腔2輸出光束進(jìn)行縮束的透 鏡3，該透鏡為消像差透鏡，透鏡3的光軸b過(guò)輸出耦合鏡23的中心，并與非穩(wěn)腔2的光軸 a垂直，且該透鏡3的光軸b過(guò)CCD攝像機(jī)7的光敏面中心并與該光敏面垂直。CCD攝像機(jī) 7為不帶鏡頭的CCD攝像機(jī)，這樣能更好地避免鏡頭及其光闌所引起的雜光。
使用圖5所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)對(duì)非穩(wěn)腔進(jìn)行調(diào)腔的方法和步驟如下
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1.安裝激光器和衰減片按照如圖5所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各 組件連接關(guān)系安裝好發(fā)射導(dǎo)引光的激光器1及衰減片11，打開(kāi)激光器1并調(diào)節(jié)其方位，使激 光器1輸出的導(dǎo)引光細(xì)光束作為非穩(wěn)腔2的光軸a，以便對(duì)后續(xù)各構(gòu)件的安裝位置進(jìn)行指 示。 2.安裝凸面鏡按照如圖5所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及非穩(wěn)腔2中 各腔鏡的設(shè)計(jì)位置，先進(jìn)行凸面鏡22的安裝，調(diào)節(jié)凸面鏡22使入射到其上的導(dǎo)引光沿原路 返回；凸面鏡22的位置調(diào)整好后，在以后的調(diào)節(jié)過(guò)程中其位置固定不動(dòng)，這樣可以保證非 穩(wěn)腔2的光軸a在以后的調(diào)節(jié)過(guò)程中不再發(fā)生變化。 3.安裝凹面鏡按照如圖5所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及非穩(wěn)腔2中 各腔鏡的設(shè)計(jì)位置，進(jìn)行凹面鏡21的初步安裝及調(diào)試，以使信號(hào)光束能無(wú)阻礙地通過(guò)凹面 鏡21中心開(kāi)設(shè)的通孔，初步調(diào)節(jié)凹面鏡21的俯仰角和左右角，使導(dǎo)引光在非穩(wěn)腔2內(nèi)往返 振蕩。 4.安裝輸出耦合鏡、透鏡和CCD攝像機(jī)按照如圖5所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng) 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及非穩(wěn)腔2中各腔鏡的設(shè)計(jì)位置，安裝非穩(wěn)腔2的輸出藕合鏡23，使其鏡面與非 穩(wěn)腔2的光軸a呈45。夾角a，且非穩(wěn)腔2的光軸a過(guò)輸出耦合鏡23的中心；與此同時(shí)， 安裝透鏡3，使透鏡3的光軸b過(guò)輸出耦合鏡23的中心，并與非穩(wěn)腔2的光軸a垂直；安裝 不帶鏡頭的CCD攝像機(jī)7，使透鏡3的光軸b過(guò)CCD攝像機(jī)7的光敏面中心并與該光敏面垂 直。 5.組裝輔助裝調(diào)設(shè)備按照如圖5所示的激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 各組件連接關(guān)系，用數(shù)據(jù)線依次連接CCD攝像機(jī)7、采集單元81、圖像處理單元82和數(shù)據(jù)顯 示設(shè)備9，采集單元81是一圖像采集卡，用于圖像采集的程序包由CCD攝像機(jī)生產(chǎn)廠家提 供，圖像處理單元82為一安裝有干涉條紋圖像處理軟件程序的計(jì)算機(jī)，干涉條紋圖像處理 軟件程序可通過(guò)現(xiàn)有成熟的數(shù)字圖像處理算法由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員自行編程予以實(shí)現(xiàn)， 本具體實(shí)施方式
是通過(guò)matlab軟件中提供的程序包進(jìn)行制作完成。 6.圖像采集圖像采集處理系統(tǒng)8中的采集單元81開(kāi)始進(jìn)行圖像的采集，觀察數(shù) 據(jù)顯示設(shè)備9上的干涉條紋圖像，調(diào)節(jié)透鏡3與CCD攝像機(jī)7之間的距離，使干涉條紋圖像 大小合適(約占據(jù)光敏面80%左右的面積)，調(diào)節(jié)衰減片11的衰減倍率，使干涉條紋圖像 最亮位置接近飽和光強(qiáng)。 7.圖像數(shù)字化處理圖像采集處理系統(tǒng)8中的圖像處理單元82按照?qǐng)D6所示的 圖像處理流程開(kāi)始對(duì)干涉條紋圖像信息進(jìn)行處理，具體包括讀入圖像、變換灰度、去除背 景、二值化、形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算、提取干涉條紋圖像骨架線、獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)七 個(gè)步驟。以下是本實(shí)施方式中圖像處理流程各主要步驟所用的matlab函數(shù)，其使用方法在 matlab軟件說(shuō)明中已有公開(kāi)，各函數(shù)的參數(shù)取值可根據(jù)具體非穩(wěn)腔所產(chǎn)生的干涉條紋圖像 質(zhì)量的特點(diǎn)進(jìn)行合理選取。 變換灰度通過(guò)灰度變換可以使干涉條紋圖像動(dòng)態(tài)范圍加大，圖像對(duì)比度擴(kuò)展，圖 像清晰，特征明顯，灰度變換是圖像增強(qiáng)的重要手段，其對(duì)應(yīng)的matlab函數(shù)為
J= imadjust(I. [low—in high_in]. [low_out high—out]. Y)
上式中的I表示獲取的干涉條紋圖像數(shù)據(jù)信息。
去除背景去除背景噪聲，提高圖像清晰度，考慮到激光諧振腔干涉條紋中背景形態(tài)主要是環(huán)形的衍射背景，因此選用"disk"結(jié)構(gòu)元素作為背景提取及去除的參數(shù)，效果較 好。其對(duì)應(yīng)的matlab函數(shù)為 background = imopen(J， strel (' disk' ，x));
J\ = imsubtract (J， background)。 二值化二值化是進(jìn)行形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算、骨架線提取的前提，其對(duì)應(yīng)的matlab函數(shù) 為 J2 = im2bwCL， x)。 形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算在數(shù)字圖像處理技術(shù)中，對(duì)圖像先進(jìn)行多次的腐蝕、再進(jìn)行多次的 膨脹，稱為形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算。該運(yùn)算主要填充干涉條紋內(nèi)部的細(xì)小空洞，連接條紋的斷點(diǎn)，并 且可以平滑條紋邊界，同時(shí)不改變?cè)葪l紋的大小。形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算對(duì)應(yīng)的matlab函數(shù)為
SE = strel(' disk' ， x);
J3 = imerode(J2， SE);腐蝕
J4 = imdilate(J3， SE);膨脹。 matlab的圖像處理工具箱提供了膨脹函數(shù)imdilate和腐蝕函數(shù)imerode以及各 種結(jié)構(gòu)元素(如line、diamond、disk、ba11等)，考慮到本實(shí)施方式中的干涉條紋主要是圓 環(huán)狀，因此選用disk結(jié)構(gòu)元素作為參數(shù)，可使處理后的圖像更利于后續(xù)骨架線的提取。
提取干涉條紋圖像骨架線在本發(fā)明的應(yīng)用中，針對(duì)一幅干涉條紋圖像，希望將圖 像中的所有對(duì)象簡(jiǎn)化為線條，但不修改圖像的基本結(jié)構(gòu)，保留圖像的基本輪廓，這個(gè)過(guò)程就 是干涉條紋圖像骨架線的提取。本發(fā)明圖像處理過(guò)程中提取干涉條紋圖像骨架線，目的是 在保持干涉條紋連通性條件下使粗的條紋形狀細(xì)化為線，以利于后續(xù)步驟中對(duì)干涉條紋間 距進(jìn)行計(jì)算，其對(duì)應(yīng)的matlab函數(shù)為
J5 = bwmorph(J4， ' thin' ， Inf)。 獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)在得到干涉條紋圖像骨架線的基礎(chǔ)上，過(guò)該干 涉條紋圖像骨架線的中心建立一直角坐標(biāo)系，取水平向右方向?yàn)閤軸正方向，取豎直向上 方向?yàn)閥軸正方向，然后以干涉條紋圖像骨架線在該直角坐標(biāo)系中的條紋間距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ) 建立對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型(對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型如上式(4)所示，條紋間距的取法如圖7所示)，應(yīng) 用該對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型計(jì)算出調(diào)腔干涉條紋沿x、y兩個(gè)方向上的對(duì)稱度數(shù)據(jù)Ax和Ay，并 在數(shù)據(jù)顯示設(shè)備9上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 8.根據(jù)對(duì)稱度數(shù)據(jù)調(diào)腔根據(jù)上述步驟7中的對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息，調(diào)節(jié)凹面鏡21。 調(diào)節(jié)凹面鏡21的俯仰角(如圖5所示，繞圖5坐標(biāo)系中的z軸旋轉(zhuǎn))可以改變干涉條紋圖 像骨架線中y方向的對(duì)稱度數(shù)據(jù)Ay ;調(diào)節(jié)凹面鏡21的左右角(如圖5所示，繞圖5坐標(biāo) 系中的y軸旋轉(zhuǎn))可以改變干涉條紋圖像骨架線中x方向的對(duì)稱度數(shù)據(jù)Ax。通過(guò)凹面鏡 21俯仰角和左右角的調(diào)節(jié)，使干涉條紋圖像骨架線中Ax、 Ay的值均大于或等于0. 99時(shí)， 表明此時(shí)的非穩(wěn)腔2準(zhǔn)直，調(diào)腔結(jié)束。 非穩(wěn)腔調(diào)腔具體實(shí)施方式
中的一個(gè)實(shí)施例如下所示
實(shí)施例1 : —種如圖5所示的本發(fā)明用于正支共焦非穩(wěn)腔的調(diào)腔系統(tǒng)及調(diào)腔方法，該調(diào)腔系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成與上述非穩(wěn)腔調(diào)腔的實(shí)施方式相同，在該調(diào)腔系統(tǒng)中，凹面鏡21的曲率半 徑為3m，其有效口徑為50mm，凸面鏡22的曲率半徑為-lm，腔長(zhǎng)lm ;輸出耦合鏡23的橢圓孔長(zhǎng)軸半徑為9. 2mm，短軸半徑為6. 5mm ;透鏡3的焦距為500mm ;CCD攝像機(jī)7幀頻15fps， 分辨率1392X 1040 ;衰減片11透過(guò)率從99. 9% 0的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
按照上述非穩(wěn)腔調(diào)腔具體實(shí)施方式
中描述的步驟1 6完成初步安裝調(diào)試后，得 到的調(diào)腔干涉條紋圖如圖9所示。 再按照上述非穩(wěn)腔調(diào)腔具體實(shí)施方式
中描述的步驟7的處理流程對(duì)干涉條紋圖 像骨架線進(jìn)行提取，各個(gè)流程所用MATLAB函數(shù)及參數(shù)選取如下
讀入圖像1 = imread(' fringe2.bmp')
灰度變換J = imadjust (I)
背景提取及去除 background = imopen(J， strel(' disk' ，10)) J\ = imsubtract (J， background) 5 二值化J2 = im2bwCL，0. 01); 形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算 SE = strel(' disk' ，1); 先腐蝕運(yùn)算6次 J3 = imerode(J2， SE); 后膨脹運(yùn)算2次J4 = imdilate(J3， SE); 骨架提取J5 = bwmorph(J4， ' thin' ， Inf)。 數(shù)字圖像處理后，得到的干涉條紋圖像骨架線如圖10所示。由于光強(qiáng)分布的不均 勻性及雜光影響，最終得到的干涉條紋圖像骨架線僅有三個(gè)完整圓環(huán)。在該干涉條紋圖像 骨架線中建立如圖10中白線所示的x-y坐標(biāo)系，可以確定沿x方向條紋間隔由左往右依次 為XL3 = 20， XL2 = 24， XL! = 32， XR丄=31， XR2 = 22， XR3 = 17。(—般三個(gè)完整圓環(huán)可以確定出兩段完整的條紋間隔，但如果非完整圓環(huán)單獨(dú)與
x軸或y軸有交點(diǎn)，也可單獨(dú)取更多的DX值或DY值，這樣在單獨(dú)一個(gè)方向上能夠更加精確
地調(diào)腔，因此本實(shí)施例中在x方向和y方向上獲取的條紋間隔數(shù)可以有差異。) 沿y方向條紋間隔由上往下依次為YR2 = 23， YR丄=30， YL丄=26， YL2 = 19。 根據(jù)對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型計(jì)算，可得此時(shí)的條紋對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息為
& = /1 叫"=e-[(32-=e-2 =0.135Ay = ="(3。，闊l" = e"=證 對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息顯示，該非穩(wěn)腔沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)的準(zhǔn)直條件(Ax > 0.99且 Ay > 0. 99)，因此需要對(duì)該非穩(wěn)腔進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)凹面鏡21的俯仰角和左右角，同 時(shí)觀察數(shù)據(jù)顯示設(shè)備上的對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息，直到顯示出的Ax^0.99且Ay >0.99(本實(shí) 施例中最后準(zhǔn)直后Ax= l、Ay= l)，調(diào)腔結(jié)束。準(zhǔn)直后的非穩(wěn)腔干涉條紋圖及數(shù)字處理 后的干涉條紋圖像骨架線分別如圖11和圖12所示。
穩(wěn)定腔調(diào)腔
具體實(shí)施例方式
11
—種如圖8所示的本發(fā)明激光諧振腔的調(diào)腔系統(tǒng)及其調(diào)腔方法，該調(diào)腔系統(tǒng)包括 輸出導(dǎo)引光的激光器1、激光諧振腔和本發(fā)明的輔助裝調(diào)設(shè)備，該輔助裝調(diào)設(shè)備包括CCD攝 像機(jī)7、圖像采集處理系統(tǒng)8和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備9，圖像采集處理系統(tǒng)8包括采集圖像信息的 采集單元81和對(duì)采集后的圖像信息進(jìn)行干涉條紋圖像數(shù)字處理的圖像處理單元82， CCD攝 像機(jī)7、采集單元81、圖像處理單元82和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備9通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接。激光器1、 激光諧振腔和輔助裝調(diào)設(shè)備的CCD攝像機(jī)7之間依次通過(guò)光路形成配合，即經(jīng)激光器1發(fā) 出的導(dǎo)引光在激光諧振腔內(nèi)多次往返輸出后，再經(jīng)過(guò)縮束入射在CCD攝像機(jī)7的光敏面上。
圖8中所示的激光諧振腔為穩(wěn)定腔5，穩(wěn)定腔5與輸出導(dǎo)引光的激光器1之間設(shè)置 有一具有連續(xù)可調(diào)衰減倍率的衰減片11和分光鏡51，分光鏡51位于衰減片11和穩(wěn)定腔5 之間，激光器1發(fā)射出的導(dǎo)引光細(xì)光束作為穩(wěn)定腔5的光軸c，衰減片11垂直于穩(wěn)定腔5的 光軸c，分光鏡51的鏡面與光軸c呈45°夾角13 ，穩(wěn)定腔5的光軸c過(guò)分光鏡51的中心。 穩(wěn)定腔5組件包括反射鏡53和輸出鏡52，輸出鏡52位于分光鏡51與反射鏡53之間，輸 出鏡52面向反射鏡53的一側(cè)鍍有對(duì)導(dǎo)引光部分反射的膜層，另一側(cè)鍍有增透膜；穩(wěn)定腔5 外設(shè)有一對(duì)穩(wěn)定腔5輸出光束進(jìn)行縮束的透鏡3，該透鏡為消像差透鏡，透鏡3的光軸b過(guò) 分光鏡51的中心，并與穩(wěn)定腔5的光軸c垂直，且該透鏡3的光軸b過(guò)CCD攝像機(jī)7的光 敏面中心并與該光敏面垂直。CCD攝像機(jī)7為不帶鏡頭的CCD攝像機(jī)，這樣能更好地避免鏡 頭及其光闌所引起的雜光。 使用圖8所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定腔進(jìn)行調(diào)腔的方法和步驟如下
1.安裝激光器、衰減片和分光鏡按照如圖8所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)及各組件連接關(guān)系安裝好發(fā)射導(dǎo)引光的激光器1及衰減片ll，打開(kāi)激光器1并調(diào)節(jié)其 方位，使激光器1輸出的導(dǎo)引光細(xì)光束作為穩(wěn)定腔5的光軸c，以便對(duì)后續(xù)各構(gòu)件的安裝位 置進(jìn)行指示；安裝分光鏡51，使其鏡面與穩(wěn)定腔5的光軸c呈45°夾角P ，且穩(wěn)定腔5的 光軸c過(guò)分光鏡51的中心。 2.安裝輸出鏡按照如圖8所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定腔5中 各腔鏡的設(shè)計(jì)位置，先進(jìn)行輸出鏡52的安裝，調(diào)節(jié)輸出鏡52使入射到其上的導(dǎo)引光沿原路 返回；輸出鏡52的位置調(diào)整好后，在以后的調(diào)節(jié)過(guò)程中其位置固定不動(dòng)，這樣可以保證穩(wěn) 定腔5的光軸c在以后的調(diào)節(jié)過(guò)程中不再發(fā)生變化。 3.安裝反射鏡按照如圖8所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定腔5中 各腔鏡的設(shè)計(jì)位置，進(jìn)行反射鏡53的初步安裝及調(diào)試，初步調(diào)節(jié)反射鏡53的俯仰角和左右 角，使導(dǎo)引光在穩(wěn)定腔5內(nèi)往返振蕩。 4.安裝透鏡和CCD攝像機(jī)按照如圖8所示的激光諧振腔調(diào)腔系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 穩(wěn)定腔5中各腔鏡的設(shè)計(jì)位置，安裝透鏡3，使透鏡3的光軸b過(guò)分光鏡51的中心，并與穩(wěn) 定腔5的光軸c垂直；安裝不帶鏡頭的CCD攝像機(jī)7，使透鏡3的光軸b過(guò)CCD攝像機(jī)7的 光敏面中心并與該光敏面垂直。 5.組裝輔助裝調(diào)設(shè)備按照如圖8所示的激光諧振腔輔助裝調(diào)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 各組件連接關(guān)系，用數(shù)據(jù)線依次連接CCD攝像機(jī)7、采集單元81、圖像處理單元82和數(shù)據(jù)顯 示設(shè)備9，采集單元81是一圖像采集卡，用于圖像采集的程序包由CCD攝像機(jī)生產(chǎn)廠家提 供，圖像處理單元82為一安裝有干涉條紋圖像處理軟件程序的計(jì)算機(jī)，干涉條紋圖像處理 軟件程序可通過(guò)現(xiàn)有成熟的數(shù)字圖像處理算法由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員自行編程予以實(shí)現(xiàn)，本具體實(shí)施方式
是通過(guò)matlab軟件中提供的程序包進(jìn)行制作完成。 6.圖像采集圖像采集處理系統(tǒng)8中的采集單元81開(kāi)始進(jìn)行圖像的采集，觀察數(shù) 據(jù)顯示設(shè)備9上的干涉條紋圖像，調(diào)節(jié)透鏡3與CCD攝像機(jī)7之間的距離，使干涉條紋圖像 大小合適(約占據(jù)光敏面80%左右的面積)，調(diào)節(jié)衰減片11的衰減倍率，使干涉條紋圖像 最亮位置接近飽和光強(qiáng)。 7.本實(shí)施方式的步驟7與前述非穩(wěn)腔的步驟7相同。 8.根據(jù)對(duì)稱度數(shù)據(jù)調(diào)腔根據(jù)上述步驟7中的對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息，調(diào)節(jié)反射鏡53。 調(diào)節(jié)反射鏡53的俯仰角(如圖8所示，繞圖8坐標(biāo)系中的z軸旋轉(zhuǎn))可以改變干涉條紋圖 像骨架線中y方向的對(duì)稱度數(shù)據(jù)Ay;調(diào)節(jié)反射鏡53的左右角(如圖8所示，繞圖8坐標(biāo) 系中的y軸旋轉(zhuǎn))可以改變干涉條紋圖像骨架線中x方向的對(duì)稱度數(shù)據(jù)Ax。通過(guò)反射鏡 53俯仰角和左右角的調(diào)節(jié)，使干涉條紋圖像骨架線中Ax、 Ay的值均大于或等于0. 99時(shí)， 表明此時(shí)的穩(wěn)定腔5準(zhǔn)直，調(diào)腔結(jié)束。 穩(wěn)定腔調(diào)腔具體實(shí)施方式
中的一個(gè)實(shí)施例如下所示
實(shí)施例2: —種如圖8所示的本發(fā)明用于穩(wěn)定腔的調(diào)腔系統(tǒng)及調(diào)腔方法，該調(diào)腔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 及組成與上述穩(wěn)定腔調(diào)腔的實(shí)施方式相同，在該調(diào)腔系統(tǒng)中，反射鏡53 (為一凹面鏡)的曲 率半徑為3m，其有效口徑為30mm，輸出鏡52為一平面鏡，穩(wěn)定腔腔長(zhǎng)為lm ;分光鏡51對(duì)導(dǎo) 引光的透過(guò)率、反射率均為50% ;透鏡3的焦距為500mm ;CCD攝像機(jī)7幀頻15fps，分辨率 1392X 1040 ;衰減片11透過(guò)率從99. 9% 0的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。 按照上述穩(wěn)定腔調(diào)腔具體實(shí)施方式
中描述的步驟1 6完成初步安裝調(diào)試后，得 到的調(diào)腔干涉條紋圖如圖13所示。 再按照上述穩(wěn)定腔調(diào)腔具體實(shí)施方式
中描述的步驟7的處理流程對(duì)干涉條紋圖 像骨架線進(jìn)行提取，各個(gè)流程所用MATLAB函數(shù)及參數(shù)選取如下
讀入圖像<formula>formula see original document page 13</formula>
灰度變換<formula>formula see original document page 13</formula>
背景提取及去除<formula>formula see original document page 13</formula> 二值化<formula>formula see original document page 13</formula>
形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算 <formula>formula see original document page 13</formula>
先腐蝕運(yùn)算1次<formula>formula see original document page 13</formula>
后膨脹運(yùn)算1次 <formula>formula see original document page 13</formula>
骨架提取<formula>formula see original document page 13</formula> 數(shù)字圖像處理后，得到的干涉條紋圖像骨架線如圖14所示。由于光強(qiáng)分布的不均 勻性及雜光影響，最終得到的干涉條紋圖像骨架線有四個(gè)完整圓環(huán)。在該干涉條紋圖像骨 架線中建立如圖14中白線所示的x-y坐標(biāo)系，可以確定沿x方向條紋間隔由左往右依次為 XL3 = 29， XL2 = 36， XL! = 54， XR丄=50， XR2 = 33， XR3 = 27 沿y方向條紋間隔由上往下依次為 YR3 = 30， YR2 = 35， = 50， = 44， YL2 = 30， YL3 = 22 根據(jù)對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型計(jì)算，可得此時(shí)的條紋對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息為& = e一l，l" = e-[(54-50)+(36-33)+(29-27)/3 = e-3 = 。。5
"J = gH "l" = e-[(50—44)+(35—30)+(30-22)/3 = ^-6.3 = q.oq2 對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息顯示，該穩(wěn)定腔沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)的準(zhǔn)直條件(Ax > 0.99且 Ay > 0. 99)，因此需要對(duì)該穩(wěn)定腔進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)反射鏡53的俯仰角和左右角，同 時(shí)觀察數(shù)據(jù)顯示設(shè)備上的對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息，直到顯示出的Ax^0.99且Ay >0.99(本實(shí) 施例中最后準(zhǔn)直后的Ax= l、Ay= l)，調(diào)腔結(jié)束。準(zhǔn)直后的穩(wěn)定腔干涉條紋圖及數(shù)字處 理后的干涉條紋圖像骨架線分別如圖15和圖16所示。
1權(quán)利要求
一種激光諧振腔的輔助裝調(diào)設(shè)備，其特征在于所述輔助裝調(diào)設(shè)備包括CCD攝像機(jī)(7)、圖像采集處理系統(tǒng)(8)和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備(9)，所述圖像采集處理系統(tǒng)(8)包括采集圖像信息的采集單元(81)和對(duì)采集后的圖像信息進(jìn)行干涉條紋圖像數(shù)字處理的圖像處理單元(82)，所述CCD攝像機(jī)(7)、采集單元(81)、圖像處理單元(82)和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備(9)通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光諧振腔的輔助裝調(diào)設(shè)備，其特征在于所述CCD攝像機(jī) (7)為不帶鏡頭的CCD攝像機(jī)。
3. —種激光諧振腔的調(diào)腔系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)腔系統(tǒng)包括輸出導(dǎo)引光的激光器 (1)、激光諧振腔和權(quán)利要求1或2所述的輔助裝調(diào)設(shè)備，所述激光器(1)、激光諧振腔和輔 助裝調(diào)設(shè)備的CCD攝像機(jī)(7)之間依次通過(guò)光路形成配合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)腔系統(tǒng)，其特征在于所述激光器(1)與激光諧振腔之間 設(shè)置有一具有連續(xù)可調(diào)衰減倍率的衰減片(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)腔系統(tǒng)，其特征在于 所述激光諧振腔為非穩(wěn)腔(2)或穩(wěn)定腔(5);所述非穩(wěn)腔(2)包括凹面鏡(21)、凸面鏡(22)和輸出藕合鏡(23)，所述凹面鏡(21) 上開(kāi)設(shè)有一使所述導(dǎo)引光注入非穩(wěn)腔(2)內(nèi)的通孔，所述輸出耦合鏡(23)置于凹面鏡(21) 和凸面鏡(22)之間并靠近凸面鏡(22)，所述輸出耦合鏡(23)為中心開(kāi)孔的平面反射鏡，且 非穩(wěn)腔(2)光軸過(guò)輸出耦合鏡(23)的中心；所述非穩(wěn)腔(2)外設(shè)有對(duì)非穩(wěn)腔(2)輸出光束 進(jìn)行縮束的透鏡(3)，所述透鏡(3)的光軸過(guò)輸出耦合鏡(23)的中心；所述穩(wěn)定腔(5)包括反射鏡(53)和輸出鏡(52)，所述穩(wěn)定腔(5)與所述衰減片(11) 之間設(shè)有一分光鏡(51)，且穩(wěn)定腔(5)光軸過(guò)分光鏡(51)的中心，所述輸出鏡(52)位于所 述分光鏡(51)與反射鏡(53)之間；所述穩(wěn)定腔(5)外設(shè)有對(duì)穩(wěn)定腔(5)輸出光束進(jìn)行縮 束的透鏡(3)，所述透鏡(3)的光軸過(guò)所述分光鏡(51)的中心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)腔系統(tǒng)，其特征在于所述輸出耦合鏡(23)的鏡面與非穩(wěn) 腔(2)光軸呈45°夾角a ;所述分光鏡(51)的鏡面與穩(wěn)定腔(5)光軸成45°夾角P ;所 述透鏡(3)為消像差透鏡，所述消像差透鏡為單透鏡或透鏡組，所述透鏡(3)的光軸與所述 激光諧振腔的光軸垂直，且該透鏡(3)的光軸過(guò)所述CCD攝像機(jī)(7)的光敏面中心并與該 光敏面垂直。
7. —種激光諧振腔的調(diào)腔方法，包括以下步驟首先，激光器(1)發(fā)出的導(dǎo)引光經(jīng)衰減片(11)衰減后進(jìn)入激光諧振腔，經(jīng)激光諧振腔多次往返后輸出的光束經(jīng)透鏡(3)縮束后入 射到一CCD攝像機(jī)(7)的光敏面上形成多光束干涉條紋圖像信息，該圖像信息由一圖像采 集處理系統(tǒng)(8)進(jìn)行采集和處理后得到干涉條紋圖像骨架線，根據(jù)該干涉條紋圖像骨架線 獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)并使該數(shù)據(jù)信息顯示在一數(shù)據(jù)顯示設(shè)備(9)上，最后根據(jù) 顯示出的對(duì)稱度數(shù)據(jù)對(duì)激光諧振腔中的腔鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至顯示的對(duì)稱度數(shù)據(jù)滿足要求， 調(diào)腔結(jié)束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光諧振腔的調(diào)腔方法，其特征在于所述圖像采集處理系 統(tǒng)(8)包括采集所述圖像信息的采集單元(81)和對(duì)采集后的圖像信息進(jìn)行干涉條紋圖像 數(shù)字處理的圖像處理單元(82)，所述圖像處理單元(82)的處理流程包括讀入圖像、變換灰 度、去除背景、二值化、形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算、提取干涉條紋圖像骨架線、獲取調(diào)腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)七個(gè)步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光諧振腔的調(diào)腔方法，其特征在于所述圖像處理單元 (82)的處理流程是通過(guò)matlab軟件制作的干涉條紋圖像數(shù)字處理程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí) 現(xiàn)，其中所述去除背景步驟是通過(guò)以"disk"結(jié)構(gòu)元素作為參數(shù)的下述matlab函數(shù)實(shí)現(xiàn) background = imopen(J， strel(' disk' ，x)) ; (1) J丄=imsubtract(J， background)。上式(1)中J為變換灰度步驟后所得的函數(shù)值；衛(wèi)為去除背景步驟后所得的函數(shù)值； 所述形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算步驟是通過(guò)以"disk"結(jié)構(gòu)元素作為參數(shù)的下述matlab函數(shù)實(shí)現(xiàn) SE = strel(' disk' ， x);J3 = imerode(J2， SE) ; (2) J4 = imdilate(J3， SE);上式(2)中J^im2bwa，x);3、4分別為腐蝕、膨脹運(yùn)算后所得的函數(shù)值; 所述提取干涉條紋圖像骨架線步驟是通過(guò)下述matlab函數(shù)實(shí)現(xiàn) J5 = bwmorph(J4， ' thin' ， Inf) ; (3) 上式(3)中J5為提取干涉條紋圖像骨架線步驟后所得的函數(shù)值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的激光諧振腔的調(diào)腔方法，其特征在于所述獲取調(diào) 腔干涉條紋的對(duì)稱度數(shù)據(jù)的具體方法是先過(guò)所述干涉條紋圖像骨架線的中心建立一直角 坐標(biāo)系，取水平向右方向?yàn)閤軸正方向，取豎直向上方向?yàn)閥軸正方向，然后以干涉條紋圖 像骨架線在所述直角坐標(biāo)系中的條紋間距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型，最后所述的圖 像采集處理系統(tǒng)(8)根據(jù)該對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型實(shí)時(shí)得出對(duì)稱度數(shù)據(jù)信息并顯示在所述數(shù)據(jù) 顯示設(shè)備(9)上；所述的對(duì)稱度評(píng)價(jià)模型為<formula>formula see original document page 3</formula>(4)上式(4)中，Ax、 Ay分別表示激光諧振腔調(diào)腔干涉條紋在x軸、y軸方向上的對(duì)稱度數(shù)據(jù)風(fēng)=XR「XLi或XL「XRi， DY丄=YR「YLi或YL「YRi，其中i = 1、2、3、4、5、6、......、n-l為所述干涉條紋圖像骨架線上出現(xiàn)的完整圓環(huán)的數(shù)目，XRi、 XLi分別表示x軸正、負(fù)方 向上第i個(gè)完整圓環(huán)的環(huán)間距，YRi、YLi分別表示y軸正、負(fù)方向上第i個(gè)完整圓環(huán)的環(huán)間 距；所述根據(jù)顯示出的對(duì)稱度數(shù)據(jù)對(duì)激光諧振腔中的腔鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)的具體方法為如果所 述數(shù)據(jù)顯示設(shè)備(9)上顯示出的Ax < 0.99，則調(diào)節(jié)激光諧振腔中凹面鏡(21)或反射鏡 (53)的左右角直至Ax^0.99;如果所述數(shù)據(jù)顯示設(shè)備(9)上顯示出的Ay〈0.99，則調(diào) 節(jié)激光諧振腔中凹面鏡(21)或反射鏡(53)的俯仰角直至Ay > 0. 99。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光諧振腔的輔助裝調(diào)設(shè)備及調(diào)腔系統(tǒng)，該輔助裝調(diào)設(shè)備包括CCD攝像機(jī)、圖像采集處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備，圖像采集處理系統(tǒng)包括采集單元和圖像處理單元，CCD攝像機(jī)、采集單元、圖像處理單元和數(shù)據(jù)顯示設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)線依次連接。本發(fā)明的調(diào)腔系統(tǒng)包括輸出導(dǎo)引光的激光器、激光諧振腔和該輔助裝調(diào)設(shè)備，激光器、激光諧振腔和輔助裝調(diào)設(shè)備的CCD攝像機(jī)之間依次通過(guò)光路形成配合。調(diào)腔時(shí)激光器發(fā)出的導(dǎo)引光經(jīng)衰減片衰減后進(jìn)入激光諧振腔，多次往返后輸出的光束經(jīng)縮束后入射到CCD攝像機(jī)的光敏面上形成干涉條紋圖像信息，該圖像信息由圖像采集處理系統(tǒng)進(jìn)行采集和處理后得到對(duì)稱度數(shù)據(jù)，最后根據(jù)獲取的對(duì)稱度數(shù)據(jù)對(duì)激光諧振腔中的腔鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H01S3/086GK101728753SQ20091022705
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者劉文廣, 華衛(wèi)紅, 姜宗福, 王懷琛, 袁圣付, 陳星 , 陳金寶, 靳冬歡 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)