一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法

1.本发明属于望远镜取光光学系统装调技术领域，涉及一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，该装置的结构、操作简单，适用于不同波长的激光器边缘光取光装置的光轴标定。


背景技术：

2.在激光测高、测距等空间反射式望远镜光学系统载荷中，激光以其亮度高、方向性好、单色性好、全天候等优良特性而备受青睐，在军事、航空航天等领域有着广泛的应用。
3.对卫星激光测高仪系统来说，初始发射激光脉冲的时间对于后续距离的计算有着至关重要的作用，直接影响着系统的测量精度。故而，如何精确调整取光的位置是光学装校领域需要解决的问题。在实际装调过程中，往往由于激光器是固定在设计好的结构上，而不能进行修磨，导致其和扩束总是存在一定夹角，为此，如何在激光器和扩束存在一定夹角的情况下，高精度进行取光光校至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，发明基于平行光管和角锥棱镜，将取光光纤的光轴引入电脑和激光器配准。此方法适用于精度较高的取光系统的装调。
5.本发明方法的检测装置如附图1所示：该装置由平行光管(1)，收发同轴装置(2)，望远镜扩束系统(3)，取光光纤结构(4)，角锥棱镜(5)，设备激光器(6)，632.8nm激光器(7)，1064nm激光器(8)，吸收型衰减片(9)，标准平面反射镜(10)，莱卡经纬仪(11)，立方体基准棱镜(12)组成，具体方法步骤如下：
6.1、收发同轴基准的标定及装配。
7.第一，将收发同轴装置2安装在平行光管1的焦面处，分光棱镜2-1连接1064nm激光器8，将角锥棱镜5放在平行光管1的前方，打开激光，激光经分光棱镜分为对称的两束，其中一束光经平行光管1准直，再由角锥棱镜5反射，再经过平行光管1会聚至光束分析仪2-2的光敏面成像，在电脑上观察成像光斑的形状。第二，将角锥棱镜5放在平行光管1前方的不同几个位置,观察角锥棱镜5成像光斑的形状是否发生变化。第三，如果光斑的形状发生变化，调整收发同轴装置2和平行光管1的距离至角锥棱镜5放在在平行光管1前方不同位置时，其光斑的形状不变，该光斑位置即为收发同轴点，使用电脑记录该点，此时则完成收发同轴基准的标定及装配。
8.2、激光器光轴配准。
9.在平行光管1前放置设备激光器6，且设备激光器6和平行光管1中间放置吸收型衰减片9，调整设备激光器6的位置，使得设备激光器6发射的激光经平行光管1会聚于光束分析仪2-2的收发同轴点上，此时即完成设备激光器光轴的配准，固定设备激光器6。
10.3、望远镜扩束系统的光轴配准。
11.第一，将望远镜扩束系统3置于设备激光器6和吸收型衰减片9中间，打开设备激光器6，调节望远镜扩束系统3的位置，使设备激光器6的出射的激光经过望远镜扩束系统3和平行光管1后，会聚于收发同轴点处，固定望远镜扩束系统3，关闭激光并移走吸收型衰减片9；第二，由于设备激光器6和望远镜扩束系统3存在一定角度，故先在望远镜扩束系统3所在平台上放置一面标准平面反射镜10，使用莱卡经纬仪11将标准平面反射镜10的光轴和立方体基准棱镜12的光轴统一，再根据标准平面反射镜10将其所在平台调整一定角度至望远镜扩束系统3实际所在位置，固定望远镜扩束系统3，此时即完成望远镜扩束系统3的光轴配准。
12.4、望远镜取光系统的光轴配准。
13.取走吸收型衰减片9，安装取光光纤结构4，在望远镜扩束系统3的激光入光口放置角锥棱镜5，将取光光纤和632.8nm激光器7连接，打开激光器，粗调取光光纤结构4位置，使光线经望远镜扩束系统3、平行光管1入射到光束分析仪2-2的光敏面上，再将取光光纤和1064nm激光器8连接，打开激光器，调整取光光纤结构4的位置，使激光的光斑在前文标定收发同轴点的位置，即完成望远镜取光系统光轴的精确配准。
14.本发明的优点主要体现在以下几个方面：(1)本发明的收发同轴基准的标定及装配简单、效率高；(2)激光器及望远镜扩束系统光轴配准操作简单、精确度较高；(3)本发明中涉及的相关系统均为反射式系统，其他不同波长的激光系统也可以适用，波长的选择主要由光束分析仪的光谱波长范围来决定。
附图说明
15.图1为本发明收发同轴基准的标定及装配示意图；
16.图2为本发明望远镜取光系统的光轴配准示意图；
17.图3为本发明望远镜扩束系统的光轴配准示意图；
18.图4为本发明远镜取光系统的光轴配准示意图。；
具体实施方式
19.以下结合附图对本专利方法的实施实例进行详细的描述。本专利中所使用的主要元器件进行说明：
20.平行光管1：采用普通加工的反射式平行光管，通光口径为400mm，焦距为4000mm，每个镜子的面型要求rms小于λ/20(λ＝632.8nm)，平行光管传光面镀铝膜。
21.收发同轴装置2：由分光棱镜2-1和光束分析仪2-2组成；所述的分光棱镜2-1对使用波长的分光比为5：5，通光面的面形rms值小于λ/5(λ＝632.8nm)；所述的光束分析仪2-2使用美国spiricon公司型号为sp90421的光束分析仪，其主要的性能参数：工作波段700nm-1100nm，像素大小4.4um*4.4um，像素个数1600*1200。
22.望远镜扩束系统3：为4.5倍反射式扩束系统，面型要求rms小于λ/20(632.8nm)，主次镜镀ag膜。
23.取光光纤结构4：由光纤、折转镜、会聚透镜及相应结构组成，光纤采用单模光纤输出，其主要性能参数：工作波长为980～1600nm，光纤模场直径为6.2
±
0.3@1060nm，包层芯径125
±
0.5um，截至波长为920
±
50nm；会聚透镜镀增透膜，折转镜镀增反膜。
24.角锥棱镜5：采用thorlabs公司型号为ps976-m01b的角锥棱镜，其主要性能参数：棱镜镜面镀金膜，表面面型小于λ/10(λ＝632.8nm)；回转精度小于3
″
，通光口径为50mm，透光范围为800-2000nm。
25.设备激光器6：设备激光器为自研的1064nm的脉冲激光器，其脉冲能量为180mj，工作温度22
±
1.5℃，能量稳定性优于5％.
26.632.8nm激光器7：采用长春新产业光电技术有限公司型号为mdl-iii-633l的激光器，其主要性能参数：输出功率1～80mw，光斑模式tem
00
，光束质量m2＜1.5。
27.1064nm激光器8：采用长春新产业光电技术有限公司型号为mil-s-1064的激光器，其主要性能参数：输出功率1～1500mw，光斑模式tem
00
，光束质量m2＜1.2。
28.吸收型衰减片9：该吸收型衰减片的口径为200mm，透过率15％。
29.立方体基准棱镜12：基准棱镜为常规立方体的反射棱镜，是一种规则的正六面体，其相邻面之间角度误差为2秒，并有3个相邻面镀有反射膜和十字刻线。

技术特征：
1.一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，所述光校方法采用的工具包括平行光管(1)，收发同轴装置(2)，望远镜扩束系统(3)，取光系统(4)，角锥棱镜(5)，设备激光器(6)，632.8nm激光器(7)，1064nm激光器(8)，吸收型衰减片(9)，标准平面反射镜(10)，莱卡经纬仪(11)和立方体基准棱镜(12)；其特征在于方法步骤如下：步骤一：所述平行光管(1)需与收发同轴装置(2)配合使用，收发同轴装置(2)放置于平行光管(1)焦面附近，收发同轴装置(2)中光束分析仪(2-2)的光敏面处于平行光管(1)焦面处；收发同轴装置(2)中分光棱镜(2-1)连接1064nm激光器(8)，将所述角锥棱镜(5)置于平行光管(1)出光口侧，利用角锥棱镜(5)的自准功能，将经平行光管(1)准直，由角锥棱镜(5)反射，再经过平行光管(1)会聚至光束分析仪(2-2)的光敏面成像，标记该束光的光斑位置即收发同轴点；步骤二：将设备激光器(6)置于平行光管(1)出光口侧，并在设备激光器(6)和平行光管(1)中间放置吸收型衰减片(9)，调整设备激光器(6)的位置，使激光器的出射光经平行光管(1)会聚在收发同轴点上，固定设备激光器(6)；步骤三：将望远镜扩束系统(3)放在吸收型衰减片(9)和设备激光器(6)中间，打开设备激光器(6)，调整望远镜扩束系统(3)的位置，使激光器的出射光经望远镜扩束系统(3)和平行光管(1)会聚到收发同轴点处，固定望远镜扩束系统(3)，关闭激光并移走吸收型衰减片(9)；步骤四：取光系统(4)安装于望远镜扩束系统(3)上，由于设备激光器(6)和望远镜扩束系统(3)存在一定角度，故先在望远镜扩束系统(3)所在平台上放置一面标准平面反射镜(10)，使用莱卡经纬仪(11)将标准平面反射镜(10)的光轴和立方体基准棱镜(12)的光轴统一，再根据标准平面反射镜(10)将其所在平面调整一定角度到望远镜扩束系统(3)实际所在位置；安装取光系统(4)，并在望远镜扩束系统(3)的激光入光口放置角锥棱镜(5)，将取光光纤和632.8nm激光器(7)连接，打开激光器，粗调取光系统(4)位置，使光线经望远镜扩束系统(3)、平行光管(1)入射到光束分析仪(2-2)的光敏面上，将取光光纤和1064nm激光器(8)连接，打开激光器，调整取光系统(4)的位置，使光斑在收发同轴点的位置，从而完成取光系统的光校。2.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的平行光管(1)为常规平行光管，焦距为4000mm，其镜子面型rms值小于λ/20，λ＝632.8nm。3.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的收发同轴装置(2)由分光棱镜(2-1)和光束分析仪(2-2)组成；所述的分光棱镜(2-1)对使用波长的分光比为5：5，通光面的面形rms值小于λ/5，λ＝632.8nm；所述的光束分析仪(2-2)的工作波段为700nm到1100nm。4.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的设备激光器(6)发出的激光为脉冲激光，波长为1064nm，频率为1hz。5.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的角锥棱镜(5)的回转精度小于3
″
，表面面型小于λ/10，λ＝632.8nm。6.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的取光系统(4)由光纤、折转镜、会聚透镜及相应结构组成，其中光纤采用单模
光纤输出，工作波长为980～1600nm；会聚透镜镀增透膜；折转镜镀增反膜。7.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的632.8nm激光器(7)的输出功率为1～80mw。8.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的1064nm激光器(8)的输出功率为1～1500mw。9.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述吸收型衰减片(9)的口径为200mm，透过率15％。10.根据权利要求1所述的一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，其特征在于：所述的立方体基准棱镜(12)是正六面体，其相邻面之间角度误差为2秒，并有3个相邻面镀有反射膜和十字刻线。

技术总结
本发明公开了一种与激光器成固定夹角扩束上的取光系统光校方法，该种方法采用一个新颖的方法调整取光系统，在激光和扩束镜存在固定夹角的情况下，使得扩束镜上的取光系统和激光共轴，实现了望远镜取光系统光校的高精度精密调节。本发明光路结构简单，操作简单，大大提高了光校效率。本发明所述的光校方法，适用于各个波长的激光器边缘光取光装置的光轴标定，其波长范围取决于光束分析仪的波长范围。其波长范围取决于光束分析仪的波长范围。其波长范围取决于光束分析仪的波长范围。


技术研发人员：刘强 刘媛婷 黄庚华 何志平
受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/8/14