基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统

技术领域

本发明涉及积分球亮度源技术领域，特别是涉及一种基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统。

背景技术

积分球光源因为其良好的均匀性、余弦特性和稳定性，被广泛应用于光学定标领域。随着相关应用领域的发展，使用积分球作为主要装置的定标系统精度也在不断地提高。但是积分球由于其构造的原因，出射光会存在散斑效应，这种散斑效应会影响积分球的稳定性和均匀性。

为了解决这种影响，研究者们发明了使用步进电机控制积分球内壁旋转，以及使用柔性铰链震动积分球等装置，皆取得了不错的效果。但是对于步进电机控制积分球内壁旋转的方式，一般是将积分球内壁变为两个独立半球发生相对转动来抑制散斑。这种方法由于半球间的不断地机械运动会对积分球造成磨损，使部分区域反射效果降低，减少使用寿命，严重的还存在漏光问题；另外，这种方式会破坏积分球完整性，其性能会有所降低。对于使用柔性铰链震动积分球球体的装置，因为球体本身在震动，所以入光口和出光口也在不停震动，入射光束很难一直保证全部入射进积分球；同样的，积分球出射光束也在不停振动，稳定性和均匀性都无法保证。上述两种装置，不管是使用电机还是铰链，均有比较复杂的机械装置，需要讲究机械配合，安装调试不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统，以解决背景技术中所提到的问题。

本发明提供一种基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统，包括依次设置的激光器、光阑、偏振器、功率稳定器、振镜和积分球，所述振镜与信号发生器连接；

所述激光器，用于发射激光；

所述光阑，用于调整光束大小；

所述偏振器，用于调整光束的偏振方向，使光束的偏振方向与所述功率稳定器相匹配；

所述功率稳定器，用于稳定光束；

所述信号发生器，用于向所述振镜发送变化的控制信号，使所述振镜形成变化光场；

所述积分球上设有光束入口、光束出口，所述光束入口与光束出口在同一直线上。

优选的是，所述积分球的光束出口处设有辐射亮度计，所述辐射亮度计放置在电动平移台上。

在上述任一方案优选的是，所述积分球的光束出口处设有监视探测器，所述监视探测器与电压表连接。

在上述任一方案优选的是，所述积分球内设有挡板，所述挡板设于所述光束入口与光束出口之间，且所述挡板与所述积分球同心设置，所述挡板的外周与所述积分球的内周之间形成光束通道，所述挡板安装在支架上，所述支架的两端与所述积分球的内壁固定。

在上述任一方案优选的是，所述挡板设为圆形挡板。

在上述任一方案优选的是，所述振镜采用二维检流计式振镜。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

1、将振镜与积分球相结合实现均匀稳定辐射源。

2、能够有效的抑制散斑，且具有良好的稳定性和均匀性。

3、对积分球具有普适性，对于任意积分球都可以选用合适的振镜及输入信号来达到应有的效果。

4、振镜能够实现大发散角与不同的光束注入位置，以避免发射光束入射位置相同，因此能够有效避免大功率的激光对积分球壁的损伤，提高系统的长期稳定性。

5、通过设置挡板，能够避免入射光束直接通过出口出射，具有挡光作用，同时将挡板与积分球同心设置，能够保证积分球出口的亮度均匀性最优化。

下面结合附图对本发明的基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统作进一步说明。

附图说明

图1为本发明基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统的结构示意图；

图2为本发明基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统中挡板的结构示意图；

图3为开启振镜的光束质量分析仪成像图；

图4为关闭振镜的光束质量分析仪成像图；

其中：1、激光器；2、光阑；3、偏振器；4、功率稳定器；5、振镜；6、积分球；7、辐射亮度计；8、监视探测器；9、电压表；10、信号发生器；11、挡板；12、支架。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种基于振镜的高稳定性均匀积分球亮度源系统，包括依次设置的激光器1、光阑2、偏振器3、功率稳定器4、振镜5和积分球6，振镜5与信号发生器 10连接。

激光器1，用于发射激光。本实施例中的激光器1采用532nm激光器。

光阑2，用于调整光束大小。

偏振器3，用于调整光束的偏振方向，使光束的偏振方向与功率稳定器4相匹配。其中，偏振器3的选择根据所选用的激光器1和功率稳定器4而选定。

功率稳定器4，用于稳定光束。

信号发生器10，用于向振镜5发送变化的控制信号，使振镜5形成变化光场。其中，振镜5采用二维检流计式振镜，即分别在X轴方向和Y轴方向各设一个反射镜。信号发生器10发送两路变化的控制信号，分别控制振镜5的两片反射镜，使光束在两片不停振动的反射镜上反射，以形成变化光场。

振镜5能够使光束实现大发散角以及不同的光束注入位置，信号发生器10通过发送不同的控制信号，以使振镜5在允许范围内实现不同发散角光束的发射。积分球6上设有光束入口、光束出口，光束入口与光束出口在同一直线上。本实施例中，积分球6内径300mm，出光口内径80mm。经振镜5所发射的变化光束经积分球6的光束入口射入，光束出口射出。

其中，振镜5中位于X轴方向的反射镜的轴线与积分球6的光束入口、光束出口在同一水平线上，且振镜5距离积分球6的光束入口很近，以保证发射光束不会逸散到积分球6外。

积分球6的光束出口处设有辐射亮度计7，辐射亮度计7放置在电动平移台上。电动平移台用于改变辐射亮度计7的位置，以测试不同位置射出光束的均匀性，进而用于测试经光束出口所射出光束的面均匀性和角均匀性。

积分球6的光束出口处设有监视探测器8，监视探测器8与电压表9连接。监视探测器8 探测所射出光束的光束信号，并将光束信号转换为电信号发送给电压表9，实验人员根据电压表9的显示数值以探测光束的稳定性。

如图2所示，积分球6内设有挡板11，挡板11设于光束入口与光束出口之间，且与积分球6同心设置，挡板11的外周与积分球6的内周之间形成光束通道，挡板11安装在支架 12上，支架12的两端与积分球6的内壁固定。其中，挡板11设为圆形挡板11。

该结构中，通过设置挡板11，能够避免入射光束直接通过出口出射，具有挡光作用，同时将挡板11与积分球6同心设置，能够保证积分球6出口的亮度均匀性最优化。

本实施例中，由激光器1发射激光，依次经光阑2、偏振器3、功率稳定器4、振镜5处理后，经积分球6射出，并通过辐射亮度计7和监视探测器8对射出光束特性进行测试。测试指标包括：散斑效应分析、光束稳定性、光束均匀性。其中，

散斑效应分析：如图3所示，为开启振镜5的光束质量分析仪成像图。如图4所示，为关闭振镜5的光束质量分析成像图。由此可知，开启振镜5后散斑效应得到明显改善。

光束稳定性：采用监视探测器8对本发明的亮度源系统在半小时内的光束稳定性进行测试。振镜5开启时，稳定性优于十万分之三，振镜5关闭时，稳定性优于十万分之九。由此可知，开启振镜5能够有效地提高稳定性。

光束均匀性：本发明的亮度源系统在开启振镜5的情况下，在80％的出光口区域内，平面非均匀性低于0.15％，在±20°的角度内，水平和竖直方向的角度非均匀性皆低于0.65％。

本发明所具有的优点和有益效果为：

1、将振镜5与积分球6相结合实现均匀稳定辐射源。

2、能够有效的抑制散斑，且具有良好的稳定性和均匀性。

3、对积分球6具有普适性，对于任意积分球6都可以选用合适的振镜5及输入信号来达到应有的效果。

4、振镜5能够实现大发散角与不同的光束注入位置，以避免发射光束入射位置相同，因此能够有效避免大功率的激光对积分球壁的损伤，提高系统的长期稳定性。

5、通过设置挡板11，能够避免入射光束直接通过出口出射，具有挡光作用，同时将挡板11与积分球6同心设置，能够保证积分球6出口的亮度均匀性最优化。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。