基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，屬于光學技術領域。包括激光器、光纖耦合器、單模光纖、精密直線位移驅(qū)動器、五維調(diào)整架、離軸拋物面鏡及控制終端；單模光纖輸入端固定于光纖耦合器上，單模光纖的輸出端位于精密直線位移驅(qū)動器的端平面內(nèi)，并與端平面齊平；精密直線位移驅(qū)動器固定于五維調(diào)整架上，且與控制終端相連，控制終端能夠控制精密直線位移驅(qū)動器帶動單模光纖的輸出端在離軸拋物面鏡的焦平面內(nèi)作直線運動。該裝置具有出射光束口徑大，光束平行質(zhì)量好，結構簡單緊湊，調(diào)節(jié)方便等特點，關鍵還能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑平行光束的角度偏轉，適應大范圍測量，降低了大范圍測量的復雜度和難度。
【專利說明】
基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于光學技術領域，具體涉及一種基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置。
【背景技術】
[0002]在光學應用中，對激光準直擴束后的光束進行一定的角度偏轉經(jīng)常出現(xiàn)在光學干涉測量、全息等領域中。通常激光的準直擴束由兩組透鏡和空間光濾波器組成，受限于現(xiàn)有的透鏡加工技術以及像差的影響，透鏡的口徑較小且一般在幾十個毫米左右，從而限制了光束口徑的大小。所以每次可測量的區(qū)域也較小，對一個大面積的被測物往往需要多次測量然后進行圖像拼接等操作才能獲得最終的測量結果，這大大增加了測量系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理的難度和復雜度;在對小尺寸光束進行角度偏轉時，通常是在光路中加入一組4f透鏡，通過對透鏡的微小移動實現(xiàn)光束角度偏轉，參見郭曉明，陳晨，王文生.基于數(shù)字全息的三維面形測試[J].長春理工大學學報:自然科學版，2015(1).;或者利用旋轉臺控制反射鏡進行角度偏車專，參見Peng Z, Song Q,Li J.A sample test on the tilt angle of objectlight illuminat1n in digital holographic 3D surface shape detect1n[J].ProcSPIE，2007:683212-683212-7 ；當所需光束口徑較大時，由于移動透鏡的方法本身限制了光束口徑，而且大面積的反射鏡的制造安裝及其穩(wěn)定性也是個難題，因此這兩種光束偏轉方法都不適用。目前在測量過程中，大口徑平行光束的角度改變?nèi)匀淮嬖谥艽蟮睦щy。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，該裝置結構設計合理，簡單實用，可同時實現(xiàn)大口徑平行光束的獲取及其角度的改變。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0005]—種基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，包括激光器、光纖耦合器、單模光纖、精密直線位移驅(qū)動器、五維調(diào)整架、離軸拋物面鏡及控制終端；
[0006]單模光纖輸入端固定于光纖耦合器上，單模光纖的輸出端位于精密直線位移驅(qū)動器的端平面內(nèi)，并與端平面齊平;精密直線位移驅(qū)動器固定于五維調(diào)整架上，且與控制終端相連，控制終端能夠控制精密直線位移驅(qū)動器帶動單模光纖的輸出端在離軸拋物面鏡的焦平面內(nèi)作直線運動。
[0007]單模光纖的輸出端初始位置位于離軸拋物面鏡的焦點上。
[0008]精密直線位移驅(qū)動器的端平面與離軸拋物面鏡的焦平面重合。
[0009]離軸拋物面鏡的焦平面與離軸拋物面鏡的光軸的夾角小于90°。
[0010]當單模光纖的輸出端在離軸拋物面鏡的焦平面內(nèi)作直線運動時，單模光纖的輸出端在離軸拋物面鏡的焦平面上偏離焦點，得到與離軸拋物面鏡的光軸具有夾角的傾斜平面波，且該夾角小于90°。
[0011]五維調(diào)整架能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z、Tip和Tilt五維調(diào)整。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果:
[0013]本發(fā)明公開的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，利用激光器產(chǎn)生激光，激光通過光纖耦合器進單模光纖輸入端中，單模光纖輸出端產(chǎn)生球面光波;通過五維調(diào)整架調(diào)節(jié)，使精密直線位移驅(qū)動器端平面與離軸拋物面鏡焦平面重合，并使單模光纖輸出端與離軸拋物面鏡的焦點重合，以此作為單模光纖輸出端的初始位置;此時，單模光纖輸出端發(fā)出的球面波經(jīng)離軸拋物面鏡轉換為與離軸拋物面鏡光軸平行的平面光波；由于單模光纖的輸出端位于精密直線位移驅(qū)動器端平面內(nèi)，通過控制終端控制精密直線位移驅(qū)動器帶動單模光纖的輸出端在離軸拋物面鏡焦平面內(nèi)直線運動，經(jīng)離軸拋物面鏡的轉換，可以得到與離軸拋物面鏡光軸成一定角度Θ的平面光波。該裝置具有出射光束口徑大，光束平行質(zhì)量好，結構簡單緊湊，調(diào)節(jié)方便等特點，關鍵還能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑平行光束的角度偏轉，適應大范圍測量，降低了大范圍測量的復雜度和難度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的裝置結構示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的大口徑平行光束角度改變示意圖。
[0016]圖中，I為激光器;2為光纖耦合器;3為單模光纖;4為精密直線位移驅(qū)動器;5為五維調(diào)整架;6為離軸拋物面鏡;7為控制終端;F為離軸拋物面鏡的焦點，F(xiàn)P為離軸拋物面鏡的焦平面，L為離軸拋物面鏡的光軸，α為離軸拋物面鏡的焦平面FP與光軸L的夾角，Θ為傾斜平面波在離軸拋物面鏡子午面內(nèi)與光軸的夾角。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0018]參見圖1，本發(fā)明公開的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，包括激光器1、光纖耦合器2、單模光纖3、精密直線位移驅(qū)動器4、五維調(diào)整架5、離軸拋物面鏡6及控制終端7(可以是計算機、平板電腦、移動通訊設備等終端)。光纖耦合器2具備將激光器I激光束耦合入單模光纖3的能力。單模光纖3輸入端固定于光纖耦合器2上，輸出端固定于精密直線位移驅(qū)動器4上并與精密直線位移驅(qū)動器4的端面平齊;精密直線位移驅(qū)動器位4固定于五維調(diào)整架5上，該五維調(diào)整架5可以進行空間五維調(diào)節(jié)(能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z、Tip和Tilt五維調(diào)整)，用于實現(xiàn)精密直線位移驅(qū)動器4端平面與離軸拋物面鏡6的焦平面重合;所述精密直線位移驅(qū)動器4具備微位移的能力；能夠控制單模光纖3的輸出端進行直線位移。所述離軸拋物面鏡6的焦平面與離軸拋物面鏡6光軸的夾角α滿足:α〈90°。
[0019]圖1所示的平面光波為光束角度的初始狀態(tài)，調(diào)整過程中，利用五維調(diào)整架5使精密直線位移驅(qū)動器4端平面與離軸拋物面鏡6焦平面FP重合;激光器I作為光源產(chǎn)生激光束，并耦合進單模光纖3的輸入端，在其輸出端發(fā)出球面光波;在FP面內(nèi)利用五維調(diào)整架5對單模光纖3的輸出端進行二維調(diào)節(jié)，使單模光纖3的輸出端位于離軸拋物面鏡6的焦點F上;經(jīng)過離軸拋物面鏡6的轉換，輸出端的球面光波準直為與離軸拋物面鏡6光軸L平行的平面光波，并以此為系統(tǒng)的初始狀態(tài)。
[0020]參見圖2，為本發(fā)明中的光束角度改變示意圖，通過控制終端7控制精密直線位移驅(qū)動器4，使得單模光纖3的輸出端在離軸拋物面鏡6焦平面內(nèi)直線運動，經(jīng)過離軸拋物面鏡6的準直作用，得到與初始平面波成夾角Θ的傾斜平面波，該夾角Θ小于90°。
[0021 ]本發(fā)明裝置的工作原理如下:
[0022]激光器I作為光源產(chǎn)生激光束通過光纖耦合器2耦合到單模光纖3的輸入端中，在單模光纖3的輸出端形成球面光波;通過五維調(diào)整架5使精密直線位移驅(qū)動器4的端平面與離軸拋物面鏡6的焦平面重合;再通過五維調(diào)整架5在離軸拋物面鏡6的焦平面上進行二維調(diào)節(jié)使單模光纖3的輸出端位于離軸拋物面鏡6的焦點上，并以此作為單模光纖3輸出端的初始位置;在離軸拋物面鏡6的準直作用下，單模光纖3輸出端的球面波轉換為與離軸拋物面鏡6光軸平行的平面光波;通過計算機7控制精密直線位移驅(qū)動器4帶動單模光纖3的輸出端在離軸拋物面鏡6焦平面內(nèi)直線運動，經(jīng)離軸拋物面鏡6的轉換，可以得到與離軸拋物面鏡6光軸成一定角度Θ的平面光波，從而實現(xiàn)大口徑平行光束角度的偏轉。
[0023]綜上所述，本發(fā)明公開的離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，由激光器，光纖耦合器，單模光纖，精密直線位移驅(qū)動器，五維調(diào)整架，離軸拋物面鏡及控制終端組成;所述激光器發(fā)出的激光依次經(jīng)過光纖耦合器、單模光纖、離軸拋物面鏡;所述單模光纖輸出端固定于精密直線位移驅(qū)動器上;所述精密直線位移驅(qū)動器由控制終端控制并固定于五維調(diào)整架上;所述單模光纖輸出端的初始位置位于離軸拋物面鏡的焦點上并與精密直線位移驅(qū)動器端面平齊;所述精密直線位移驅(qū)動器端面與離軸拋物面鏡焦平面重合;本發(fā)明具有出射光束口徑大、光束平行質(zhì)量好、結構簡單緊湊、調(diào)節(jié)方便等特點，關鍵是能夠?qū)崿F(xiàn)對大口徑準直光束的角度偏轉高精度控制。
【主權項】
1.一種基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，其特征在于，包括激光器(I)、光纖耦合器(2)、單模光纖(3)、精密直線位移驅(qū)動器(4)、五維調(diào)整架(5)、離軸拋物面鏡(6)及控制終端(7); 單模光纖(3)輸入端固定于光纖耦合器(2)上，單模光纖(3)的輸出端位于精密直線位移驅(qū)動器(4)的端平面內(nèi)，并與端平面齊平;精密直線位移驅(qū)動器(4)固定于五維調(diào)整架(5)上，且與控制終端(7)相連，控制終端(7)能夠控制精密直線位移驅(qū)動器(4)帶動單模光纖(3)的輸出端在離軸拋物面鏡(6)的焦平面內(nèi)作直線運動。2.根據(jù)權利要求1所述的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，其特征在于，單模光纖(3)的輸出端初始位置位于離軸拋物面鏡(6)的焦點上。3.根據(jù)權利要求1所述的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，其特征在于，精密直線位移驅(qū)動器(4)的端平面與離軸拋物面鏡(6)的焦平面重合。4.根據(jù)權利要求1所述的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，其特征在于，離軸拋物面鏡(6)的焦平面與離軸拋物面鏡(6)的光軸的夾角小于90°。5.根據(jù)權利要求1所述的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，其特征在于，當單模光纖(3)的輸出端在離軸拋物面鏡(6)的焦平面內(nèi)作直線運動時，單模光纖(3)的輸出端在離軸拋物面鏡(6)的焦平面上偏離焦點，得到與離軸拋物面鏡(6)的光軸具有夾角的傾斜平面波，且該夾角小于90°。6.根據(jù)權利要求1所述的基于離軸拋物面鏡大口徑平行光束的角度改變裝置，其特征在于，五維調(diào)整架(5)能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z、Tip和Tilt五維調(diào)整。
【文檔編號】G02B26/08GK105974579SQ201610566227
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】賈書海, 董君, 江超
【申請人】西安交通大學