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专利名称：一种无衍射光束漂移的二维探测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种无衍射光束漂移的二维探测装置， 用于小的无衍射光束漂移量的检测。其中，无衍射光束漂移量包括无衍射光发生器自身残存的无衍射光束漂移量和无衍射光发生器受振动、温度变化产生的机械变形影响引起的无衍射光束漂移量。此装置适用于需要严格控制无衍射光束漂移的应用系统，也可用于控制激光束漂移的应用系统。
背景技术：
激光束及无衍射光束由于其良好的方向性、高亮度及高稳定性等优点，常被作为测量的准直基准广泛应用于超精密加工与测量设备中。但激光器发射的激光束常会产生漂移，同样的，无衍射光束也有光束漂移。为了提高激光束的稳定性，专利文献200410033610. 8公开了一种光束漂移量快速反馈控制式高精度激光准直方法与装置，其将单模光纤初级准直后光束的漂移量分解为平漂量和角漂量，分别对其进行高精度锁相放大检测，并用相应的光束平漂量和角漂量反馈控制机构使光束平漂量和角漂量向减小的方向进行高速反馈交替调整，进而达到出射光束的高精度准直目的。由于其光束漂移量的测量采用透镜聚焦成像原理和分解测量平漂量、角漂量的方式且其反馈控制机构的频响低，加之截面光强分布为同心光环的无衍射光束不能用透镜聚焦成光点，因此，此测量方法不适用于无衍射光束漂移的测量，特别是不适用于无衍射光束受振动影响的漂移误差的测量。

发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于无衍射光束漂移的二维探测装置，该装置通过双图像探测器探测无衍射光束的光束漂移，使双图像探测器同步探测就可探测无衍射光发生器自身残存的无衍射光束漂移量和无衍射光发生器受振动、温度变化产生的机械变形影响引起的无衍射光束漂移量，可实现无衍射光束的光束漂移及其受振动、温度变化影响的漂移误差的二维精密探测。为了实现上述发明目的，本发明的无衍射光束漂移二维探测装置包括两个45 °分光镜、两个成像透镜组、两个高速图像探测器和连接两个高速图像探测器的计算机处理系统。无衍射光束发生器发射的无衍射光射到第一个高速图像探测器的45°分光镜分光，一路反射光再经成像透镜组后成像在高速图像探测器上；另一路透射到另一个高速图像探测器的45°分光镜，分光后一路透射成为输出的无衍射光束，另一路反射光经成像透镜组后成像在高速图像探测器上。两个高速图像探测器同步探测出光束截面图像并输入计算机处理系统进行快速比较处理，即可探测无衍射光束漂移量。成像透镜组用于匹配光束的大孔径与高速图像探测器的小像面。当两个高速图像探测器的同步性< 1ms，可探测500Hz以下的无衍射光束漂移，即光束自身的漂移及振动、 温度变化对光束影响的漂移误差，消除IOOHz以下的光束自身的漂移及振动、温度变化对输出的无衍射光束影响的漂移误差。本发明的无衍射光束漂移二维探测装置测量无衍射光束中心的平动偏移量(平漂量)和无衍射光束的偏向转角(角漂量)的精度高，且能实时测量。本装置的平漂量测量精度彡lum、角漂量测量精度< 0. 15〃 (0. 73urad)、平漂量测量范围> 士0. 3mm、角漂量测量范围>士20"。本发明适用于严格控制无衍射光束漂移的应用系统，也可用于控制激光束漂移的应用系统。但在相同结构和尺寸条件下，激光束漂移量的测量精度会降低。


图1为本发明的一种二维探测装置的光路结构示意图。图2为本发明的基于莫尔条纹技术的无衍射光束漂移的二维探测装置的光路结构示意图。图3为本发明另一种改进的二维探测装置的光路示意图。
具体实施例方式如图1所示，定义直角绝对坐标系为无衍射光束从第一个45°分光镜透射到第二个45°分光镜的方向为X轴正向；无衍射光束在第一个45°分光镜出射后入射到高速图像探测器的方向为Z轴正向；Y轴符合右手法则。绕Y轴的转动为f，X正到Z正定义为f转角的正方向(即逆时针为正)；绕Z轴的转动为f，Y正到X正定义为f转角的正方向；绕X 轴的转动为1，Z正到Y正定义为1转角的正方向。下面结合图1对本发明作详细的说明。被测对象即无衍射光束发生器1发射的无衍射光照射到45°分光镜2并分光为两路，一路为反射光，其经成像透镜组3后成像在高速图像探测器4上；另一路为透射光，其透射到45°分光镜5上，经该45°分光镜5分光后，一路透射成为输出的无衍射光束，另一路反射后经成像透镜组6后成像在高速图像探测器7上。使两个高速图像探测器实时或准实时同步的探测出光束截面图像并输入计算机处理系统8进行快速比较处理，即可探测无衍射光束漂移误差。当同步性< 1ms，可实时或准实时的探测出500Hz以下的无衍射光束漂移误差，特别是振动、温度变化引起的漂移误差。设无衍射光在45°分光镜2基点处的漂移量(Ay，Δζ,Δγ, Δ2)，其中，Ay和 Δ ζ为光束沿y轴和ζ轴的平漂量，Δ 和Δ2分别为光束绕1轴和ζ轴的角漂量，分光镜2到高速图像探测器4的当量距离为L20，分光镜2到分光镜5的当量距离为L21，分光镜5到高速图像探测器7的当量距离为L20，则高速图像探测器4上的无衍射光束中心的变化量
权利要求
1.一种无衍射光束漂移的二维探测装置，用于对无衍射光的光束漂移进行探测，该装置包括两个45°分光镜0，5)、两个成像透镜组(3，6)、两个图像探测器(4，7)和连接所述两个图像探测器G，7)的计算机处理系统(8)；无衍射光束发生器(1)发射的无衍射光首先入射到第一个45°分光镜O)，分光为一路反射光和一路透射光，该一路反射光经其中一个成像透镜组C3)后成像在其中一个图像探测器(4)上；另一路透射光入射到另一个45°分光镜(5)，经分光后一路透射成为输出的无衍射光束，一路反射后经另一成像透镜组(6)后成像在另一个高速图像探测器(7)上，两个图像探测器G、7)同步探测出光束截面图像，并输入到所述计算机处理系统(8)进行比较处理，即可探测出无衍射光的光束漂移量。
2.根据权利要求1所述的二维探测装置，其特征在于，所述的第一个45°分光镜(2) 与所述其中一个成像透镜组C3)之间、以及所述另一个45°分光镜( 与另一成像透镜组 (6)之间的光路上均设有圆环光栅(9、10)。
3.根据权利要求1或2所述的二维探测装置，其特征在于，所述另一个45°分光镜(5) 传送到所述另一成像透镜组(6)之间的光束先进行折叠，其传输方向改变后再入射到所述另一成像透镜组(6)。
4.根据权利要求1-3之一所述的二维探测装置，其特征在于，所述另一个45°分光镜 (5)与所述另一成像透镜组(6)之间的光路上设置有45°反射镜(11)，所述光束的折叠通过该45°反射镜(11)的反射实现。
5.根据权利要求1-4之一所述的二维探测装置，其特征在于，所述光束漂移量通过如下公式计算得到'Ay = Ay23Δζ = Ar26 - (L20 + L21)χ (Δχ 26 - Δχ 23) / L21 <Ay = (Ax26-Ax23)/L21Δ2 = -(Δγ26-Δγ23)/(Ζ20 + Ζ2 )其中，Δ y和Δ ζ为光束沿y轴和ζ轴的平漂量，Δ 和Δ2分别为光束绕y轴和ζ轴的角漂量，其中，无衍射光束从所述第一个45°分光镜透射到所述另一个45°分光镜的方向为 X轴正向，无衍射光束在该第一个45°分光镜出射后入射到所述其中一个图像探测器的方向为Z轴正向，Y轴符合右手法则；L20为两45°分光镜(2，5)到对应的图像探测器(4，7) 的当量距离，L21为所述第一个45°分光镜(2)到所述另一个45°分光镜(5)的当量距离； (Δχ23, Ay23)为所述其中一个图像探测器⑷上的无衍射光束中心的变化量，(Δχ26, Ay26) 所述另一个图像探测器(7)上的无衍射光束中心的变化量。
全文摘要
本发明公开了一种无衍射光束漂移的二维探测装置，包括两个45o分光镜、两个成像透镜组、两个高速图像探测器和连接所述两个图像探测器的计算机处理系统；无衍射光束发生器发射的无衍射光首先入射到第一个45o分光镜，经分光为一路反射光和一路透射光，该一路反射光经其中一个成像透镜组后成像在其中一个高速图像探测器上；另一路透射光入射到另一个45o分光镜，经分光后的一路反射光经另一成像透镜组后成像在另一个高速图像探测器上，两个图像探测器同步探测出光束截面图像，并输入到计算机处理系统进行比较处理，探测出无衍射光的光束漂移。本发明的二维探测装置测量无衍射光束中心的平漂量和无衍射光束的角漂量的精度高，且能实时测量。
文档编号G01B11/26GK102175187SQ20111004278
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者张坤, 张新宝 申请人:华中科技大学