多光束合束调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及精密位移测量领域，尤其涉及一种多光束合束调节装置及调节方法。

背景技术

多光束合束是指将不同波长的多束光合成一束光，或将同一波长的多束光合成一束光，也可以是上述两种情况的结合。具有光谱及功率可调等优点，可实现极高光束质量的合束光输出，在宽光谱成像、高功率激光、精密位移测量等领域中有着重要应用。

在多光束合束中，将多束光调成近乎完全重合的一束光(重合度达到微米或亚微米量级)，涉及三维空间中多条异面直线姿态、位置的调节和测量，尤其在装置空间紧凑情况下，具有很大的难度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多光束合束调节装置及调节方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种多光束合束调节装置，包括基准光源、第一光源、第二光源、第三光源、第四光源、基准光源单模保偏光纤、第一单模保偏光纤、第二单模保偏光纤、第三单模保偏光纤、第四单模保偏光纤、基准光源单模保偏光纤准直器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、线性位移台、探测器以及计算机；

其中，基准光源、第一光源、第二光源、第三光源和第四光源分别发出波长为λ0、λ1、λ2、λ3和λ4的线偏振光，分别耦合入基准光源单模保偏光纤、第一单模保偏光纤、第二单模保偏光纤、第三单模保偏光纤和第四单模保偏光纤中传输，并经过基准光源单模保偏光纤准直器、第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器和第四光纤准直器后输出五束波长为λ0、λ1、λ2、λ3和λ4的线偏振准直光束，经第一镜片、第二镜片、第三镜片和第四镜片传输后，入射到线性位移台上的探测器上，最后通过计算机采集探测器上的信号，并进行信号处理，得到光束在探测器上的质心。

其中，所述基准光源发出波长为λ0的线偏振光，经基准光源单模保偏光纤准直器后，依次透过第四镜片、第二镜片、第三镜片和第一镜片后，作为基准光束。

其中，所述第一光源发出波长为λ1的线偏振光，由第一光纤准直器出射，经第一镜片反射后，得到第一光束，进入探测器。

其中，所述第二光源发出波长为λ2的线偏振光，由第二光纤准直器出射，经第二镜片反射、第三镜片和第一镜片透射后，得到第二光束，进入探测器。

其中，所述第三光源发出波长为λ3的线偏振光，由第三光纤准直器出射，经第三镜片反射和第一镜片透射后，得到第三光束，进入探测器。

其中，所述第四光源发出波长为λ4的线偏振光，由第四光纤准直器出射，经第四镜片反射，及第二镜片、第三镜片和第一镜片透射后，得到第四光束，进入探测器。

其中，所述第一光纤准直器、第二光纤准直器、第三光纤准直器、第四光纤准直器与基准光源单模保偏光纤准直器的结构和功能均一致，均包括第一水平方向调节旋钮、第二水平方向调节旋钮、第一竖直方向调节旋钮和第二竖直方向调节旋钮，其中第一水平方向调节旋钮和第二水平方向调节旋钮用于调节光束在水平方向的倾斜和水平方向的位置偏移，第一竖直方向调节旋钮和第二竖直方向调节旋钮用于调节光束在竖直方向的倾斜和竖直方向的位置偏移。

其中，当调节第一水平方向调节旋钮或第一竖直方向调节旋钮时，光束的转动支点为第二水平方向调节旋钮或第二竖直方向调节旋钮，当调节第二水平方向调节旋钮或第二竖直方向调节旋钮时，光束的转动支点为第一水平方向调节旋钮或第一竖直方向调节旋钮。

其中，所述探测器为高精度探测器，其质心探测精度可达深亚微米量级。

作为本发明的另一方面，提供了一种多光束合束调节方法，包括以下步骤：

步骤1：分别测量探测器处在第一位置和第二位置时，基准光束的质心坐标；

步骤2：分别测量探测器处在第一位置和第二位置时，第一光束的质心坐标；

步骤3：当第一水平方向调节旋钮移动距离Δp

步骤4：调节第一水平方向调节旋钮，进行水平方向光束平行度调整；

步骤5：调节第一水平方向调节旋钮，进行光束重合度调整；

步骤6：调节第二水平方向调节旋钮，使第一位置处探测器水平方向的读数和第二位置处探测器水平方向的读数分别和基准光束质心坐标一致；

步骤7：重复步骤2至步骤6，调节第一光束在竖直方向与基准光束的重合度；

步骤8：重复步骤2至步骤7，调节其他光束在水平方向和竖直方向与基准光束的重合度。

基于上述技术方案可知，本发明的多光束合束调节装置及调节方法相对于现有技术至少具有如下有益效果的一部分：

本发明可实现空间多束光姿态和位置的快速调整，光束重合度可达亚微米量级。

附图说明

图1为本发明提供的多光束合束调节装置示意图；

图2为本发明提供的光纤准直器示意图；

图3为本发明提供的多光束合束调节方法所采用的步骤流程图。

上述附图中，附图标记的含义如下：

100、基准光源；101、第一光源；102、第二光源；103、第三光源；

104、第四光源；

200、基准光源单模保偏光纤；

201、第一单模保偏光纤；202、第二单模保偏光纤；

203、第三单模保偏光纤；204、第四单模保偏光纤；

300、基准光源单模保偏光纤准直器；

301、第一光纤准直器；302、第二光纤准直器；

303、第三光纤准直器；304、第四光纤准直器；

401、第一镜片；402、第二镜片；403、第三镜片；404、第四镜片；

500、线性位移台；600、探测器；700、计算机；

30Xa、第一水平方向调节旋钮；30Xb、第二水平方向调节旋钮；

30Xc、第一竖直方向调节旋钮；30Xd、第二竖直方向调节旋钮；

601、探测器第一位置；602、探测器第二位置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的多光束合束调节装置，该装置包括基准光源100、第一光源101、第二光源102、第三光源103、第四光源104、基准光源单模保偏光纤200、第一单模保偏光纤201、第二单模保偏光纤202、第三单模保偏光纤203、第四单模保偏光纤204、基准光源单模保偏光纤准直器300、第一光纤准直器301、第二光纤准直器302、第三光纤准直器303、第四光纤准直器304、第一镜片401、第二镜片402、第三镜片403、第四镜片404、线性位移台500、探测器600以及计算机700。基准光源100、第一光源101、第二光源102、第三光源103和第四光源104分别发出波长为λ0、λ1、λ2、λ3和λ4的线偏振光，分别耦合入基准光源单模保偏光纤200、第一单模保偏光纤201、第二单模保偏光纤202、第三单模保偏光纤203和第四单模保偏光纤204中传输，并经过基准光源单模保偏光纤准直器300、第一光纤准直器301、第二光纤准直器302、第三光纤准直器303和第四光纤准直器304后输出五束波长为λ0、λ1、λ2、λ3和λ4的线偏振准直光束，经第一镜片401、第二镜片402、第三镜片403和第四镜片404传输后，入射到线性位移台500上的探测器600上，最后通过计算机700采集探测器600上的信号，并进行信号处理，得到光束在探测器上的质心。

上述基准光源100发出波长为λ0的线偏振光，经基准光源单模保偏光纤准直器300后，依次透过第四镜片404、第二镜片402、第三镜片403和第一镜片401后，作为基准光束。

上述第一光源101发出波长为λ1的线偏振光，由第一光纤准直器301出射，经第一镜片401反射后，得到第一光束，进入探测器600；所述第二光源102发出波长为λ2的线偏振光，由第二光纤准直器302出射，经第二镜片402反射、第三镜片403和第一镜片401透射后，得到第二光束，进入探测器600；所述第三光源103发出波长为λ3的线偏振光，由第三光纤准直器303出射，经第三镜片403反射和第一镜片401透射后，得到第三光束，进入探测器600；所述第四光源104发出波长为λ4的线偏振光，由第四光纤准直器304出射，经第四镜片404反射，及第二镜片402、第三镜片403和第一镜片401透射后，得到第四光束，进入探测器600。

如图2所示，上述第一光纤准直器301、第二光纤准直器302、第三光纤准直器303、第四光纤准直器304与基准光源单模保偏光纤准直器300，其结构和功能均一致，均包括第一水平方向调节旋钮30Xa、第二水平方向调节旋钮30Xb、第一竖直方向调节旋钮30Xc和第二竖直方向调节旋钮30Xd，其中第一水平方向调节旋钮30Xa和第二水平方向调节旋钮30Xb用于调节光束在水平方向的倾斜和水平方向的位置偏移，第一竖直方向调节旋钮30Xc和第二竖直方向调节旋钮30Xd用于调节光束在竖直方向的倾斜和竖直方向的位置偏移。

上述第二水平方向调节旋钮30Xb和第一水平方向调节旋钮30Xa的距离均为d3，第二竖直方向调节旋钮30Xd和第一竖直方向调节旋钮30Xc的距离均为d3，第二水平方向调节旋钮30Xa和第二竖直方向调节旋钮30Xd距离探测器第一位置601的距离均为d2，探测器第一位置601距离探测器第二位置602的距离为d1。

当调节第一水平方向调节旋钮30Xa或第一竖直方向调节旋钮30Xc时，光束的转动支点为第二水平方向调节旋钮30Xb或第二竖直方向调节旋钮30Xd，当调节第二水平方向调节旋钮30Xb或第二竖直方向调节旋钮30Xd时，光束的转动支点为第一水平方向调节旋钮30Xa或第一竖直方向调节旋钮30Xc。

上述探测器600采用高精度探测器，其质心探测精度可达深亚微米量级。

通过调节第一水平方向调节旋钮30Xa、第二水平方向调节旋钮30Xb、第一竖直方向调节旋钮30Xc和第二竖直方向调节旋钮30Xd，使基准光束同时平行于水平平面和竖直平面，当探测器600处在第一位置601和第二位置602时，基准光束的质心坐标分别为x

如图3所示，基于上述多光束合束调节装置进行合束调节时，所采用的调节方法，包括以下步骤：

S01、分别测量探测器处在第一位置601和第二位置602时，基准光束的质心坐标(x

S02、分别测量探测器处在第一位置601和第二位置时，光束1的质心坐标(x′

S03、当第一水平方向调节旋钮30Xa移动距离Δp

S04、进行水平方向光束平行度调整。调节第一水平方向调节旋钮30Xa，使第一位置601处探测器水平方向的读数x

z

式中，Δx

S05、进行光束重合度调整。调节第一水平方向调节旋钮30Xa，使第一位置601处探测器水平方向的读数x

x″′

x″′

式中，Δx′

S06、调节第二水平方向调节旋钮30Xb，使第一位置601处探测器水平方向的读数和第二位置602处探测器水平方向的读数分别和基准光束质心坐标x

S07、重复步骤S02至S06，调节第一光束在竖直方向与基准光束的重合度。

S08、重复步骤S02至S07，调节其他光束在水平方向和竖直方向与基准光束的重合度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。