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激光光束特定方向准直方法与技术 摘要:基于光束漂移量反馈通过PZT 驱动的微角度控制,实时动态检测和控制激光光束特定方向的平漂量和角漂量,以达到出射光束特定方向的高稳定性。准直系统中对光束平漂量和角漂量进行了分离检测,并各自构成了平漂量和角漂量反馈控制执行系统,减小了平漂量和角漂量反馈控制中的相互耦合,提高了准直精度及准直效率。实验表明,该方法特定方向准直精度可达5 ×10 - 8 rad。关键词:激光准直; 光束漂移; 激光基准; 激光 Laser Beam Collimation Method and Technology in Given Beam Direction Abstract: in this method, displacement and angle excursions of laser beam from given direction was measured and controlled dynamically in real time through micro-angle measuring and micro-angle controlling systems based on piezoelectric driving, in the collimation system displacement excursion and angle excursions of laser beam was measured separately and each of them has a independent feedback control system to restrain and angle excursion is decreased so the collimation precision and collimation efficiency are improved. Experiments prove the collimation precision of laser beam can reach 5×10-8 rad. 1 　引　言　　激光器由于受其本身的热变形、环境振动和空气扰动等因素的影响,出射的激光束在传播过程中常会产生漂移,主要表现为光束的平漂和角漂,其量级一般在10 - 4～10 - 6 rad。这一弱点限制了激光器准直精度的进一步提高,影响了其在实际中的运用。目前的许多方法,如激光方向稳定法[1 ] 、位相板衍射准直法[2 ,3 ] 、双光束补偿准直法[4 ] 、单模光纤准直法、CCD传真法等[5～7 ] ,都是为解决这一问题而提出的。但此类方法,均将激光光束在任意方向的平漂和角漂作为一个综合影响量,来对其进行准直,增加了准直难度及准直系统的复杂性,降低了准直效率。在激光长距离准直技术中,有时只需对激光光束传播中的某个空间位置方向(激光束截面的x 方向或y 方向) 进行准直;在许多应用场合, 对测量结果起作用的只是光束截面的某个特定方向的稳定性,此种情况下只需对所用光束特定方向进行准直, 这样既可降低难度、减小系统复杂性,同时又能提高特定方向的准直效率及精度。为此,本文提出抑制光束特定方向的漂移量反馈控制方法及技术。2 　特定方向反馈控制准直法2. 1 　分离检测　　光束角漂量分离检测法见图1 ,将二像限探测器( TEPD ,two2element photodioe) 光敏面中心对称线置于聚焦物镜的焦点处,与TEPD 中心对称线垂直的方向即为将要准置的特定方向,安放二像限硅光电池使纸面为将需准直的特定方向面,如图1 (a) 所示。 当光束产生平漂量Δx 时,由于入射光束平行于光轴经聚焦物镜后仍聚于焦点上, TEPD 对光束的平漂量不敏感。当光束产生角漂即相对光轴以θ角入射时,光束聚焦于聚焦物镜的焦平面上并发生偏移, 见图1 (b) ,偏移TEPD 的中心位置量为Δy =θ×f 。其中,θ为光束角漂量,Δy 为光束焦点偏移TEPD 中心线, f 为聚焦物镜焦距。显然,选取较大的焦距f ,可增加TEPD 对角漂量的探测能力。光束在纸面方向角漂θy 为 此主题相关图片如下： 光束平漂量分离检测法见图2 ,使TEPD 1 的中心对称线与TEPD 2 的中心对称线平行。在动态调整开始时,转角反射镜首先依据TEPD 2 检测的光束角漂移量,进行反馈调整,来抑制光束的角漂。分光镜BS 1 位于转角反射镜之后,其反射到TEPD 1 上的光束纸平面角漂量也同样得到抑制。光束角漂被抑制的越小,TEPD 2 接受的信号中所含角度漂移量的成分就越小,此时TEPD 1 检测到的值主要为激光束在纸平面内的平漂量。这样,就基本上实现了激光束在纸平面内平漂量的分离检