CN110109262B - 光源切换复用单元同轴度调试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光源切换复用单元同轴度调试系统及方法，该系统用于多波长共用系统同轴度调节，多波长共用系统包括光源切换复用单元，该调试系统包括超连续谱激光光源、离轴抛物面反射镜、光斑成像装置；超连续谱激光光源用于布置于多波长共用系统的光源入射侧，用于向光源切换复用单元提供基准光源，使基准光源入射通过多波长共用系统的中心轴，经光源切换复用单元后水平射出；离轴抛物面反射镜布置于光源切换复用单元出射光束方向，用于反射光源切换复用单元的出射光束；光斑成像装置布置于离轴抛物面反射镜的焦点位置，用于将离轴抛物面反射镜的反射光束汇聚成聚焦光斑。本发明调节精度高，布置灵活，适用于各类高精度多波长共用系统同轴度的快速调节。

Description

光源切换复用单元同轴度调试系统及方法

技术领域

本发明属于多波长激光束同轴度调节技术领域，具体涉及一光源切换复用单元同轴度调试系统及方法。

背景技术

目前，多波长激光束的同轴度调节技术在科学仪器制造及科研领域有着较为普遍的需求和应用。例如，多波段响应的荧光光谱仪，或需要多波长校准的显微成像设备或者测量设备对于切换不同波长的光路系统需要进行严格的同轴度校准。

现有技术中常用的解决方案包括透镜聚焦法及远场测试法。透镜聚焦法多使用多个单一波长的激光光源作为基准光源，但是对于多个光源进行人工或者自动切换时非常容易引入误差，导致后续调试精度降低。在光束会聚部分常规反射镜将会导致入射光束的位置敏感，不便于使用，且调试精度有所降低。如果采用凸透镜的方式进行会聚，仅适用于单一波长的精确校准，切换波长将会引入色差，从而降低调试精度。

远场测试方法，需要将光束打到相当远的距离，且需要人为判断调节效果，误差非常大，场地需求高，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光源切换复用单元同轴度调试系统及方法，以实现多波长光源切换复用单元在系统中的同轴度快速精确调试。

本发明提供了一种光源切换复用单元同轴度调试系统，用于多波长共用系统同轴度调节，多波长共用系统包括光源切换复用单元，该调试系统包括超连续谱激光光源、离轴抛物面反射镜、光斑成像装置；

超连续谱激光光源用于布置于多波长共用系统的光源入射侧，用于向光源切换复用单元提供基准光源，使基准光源入射通过多波长共用系统的中心轴，经光源切换复用单元后水平射出；

离轴抛物面反射镜布置于光源切换复用单元出射光束方向，用于接收并反射光源切换复用单元的出射光束；

光斑成像装置布置于离轴抛物面反射镜的焦点位置，用于将离轴抛物面反射镜的反射光束汇聚成聚焦光斑。

进一步地，该调试系统还包括五维调整平台，五维调整平台与超连续谱激光光源的光源输出尾纤连接，用于对基准光源入射方向进行精确调节，以使入射光束与多波长共用系统的中心轴重合。

进一步地，五维调整平台通过对光源输出尾纤X、Y、Z三个方向，以及俯仰、偏摆方向进行调整，使入射光束与所述多波长共用系统的中心轴重合。

进一步地，离轴抛物面反射镜表面镀有金属铝反射膜，通过金属铝反射膜对0.45μm～20μm波长的激光光束进行反射。

进一步地，离轴抛物面反射镜的焦距为1m。

进一步地，光斑成像装置采用近红外或可见光波段CCD。

进一步地，该调试系统还包括光斑显示装置，光斑显示装置用于显示聚焦光斑相对空间位置，以供光源切换复用单元在多波长共用系统中进行同轴度调试。

本发明还提供了一种光源切换复用单元同轴度调试方法，包括：

步骤一，通过超连续谱激光光源向光源切换复用单元提供基准光源，使基准光源入射通过多波长共用系统的中心轴，经光源切换复用单元后水平射出；

步骤二，通过离轴抛物面反射镜接收并反射光源切换复用单元的出射光束；

步骤三，通过布置于离轴抛物面反射镜焦点位置的光斑成像装置将离轴抛物面反射镜的反射光束汇聚成聚焦光斑；

步骤四，通过光斑显示装置显示聚焦光斑相对空间位置，以供光源切换复用单元在多波长共用系统中进行同轴度调试。

进一步地，所述步骤一包括：

通过五维调整平台调整光源输出尾纤X、Y、Z三个方向，以及俯仰、偏摆方向，使入射光束与多波长共用系统的中心轴重合。

进一步地，所述步骤四包括：

通过调节所述供光源切换复用单元每一路波长选择器件的方位俯仰，使每路反射光束焦点的空间位置重合，实现各路光束同轴输出。

与现有技术相比本发明的有益效果是：操作简便，调节精度高，布置灵活，适用于各类高精度多波长共用系统同轴度的快速调节，可广泛应用于精密仪器制造和科研生产等领域。

附图说明

图1是本发明光源切换复用单元同轴度调试系统的结构示意图。

图2是本发明光源切换复用单元同轴度调试系统的剖视图；

图3是本发明光源切换复用单元同轴度调试系统同轴度测试原理图；

图4是应用本发明光源切换复用单元同轴度调试系统进行同轴度调试的一实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1、图2所示，本实施例提供了一种光源切换复用单元同轴度调试系统，用于多波长共用系统同轴度调节，多波长共用系统包括光源切换复用单元1(将光源切换复用单元置于系统光路中，根据当前使用的波长选择器件，即可反射出相应波段的激光束)，该调试系统包括超连续谱激光光源2、(大口径)离轴抛物面反射镜3、光斑成像装置4；超连续谱激光光源2用于布置于多波长共用系统的光源入射侧，用于向光源切换复用单元1提供基准光源，使基准光源入射通过多波长共用系统的中心轴7(系统主光轴)，经光源切换复用单元后水平射出；离轴抛物面反射镜3布置于光源切换复用单元1出射光束方向，用于接收并反射光源切换复用单元1的出射光束(出射光束沿离轴抛物面反射镜光轴方向入射至镜面)；光斑成像装置4布置于离轴抛物面反射镜3的焦点位置，用于将离轴抛物面反射镜3的反射光束汇聚成聚焦光斑。同轴度测试原理图如图3所示，图中，Δθ为入射角度变化值，ΔL为位移变化值。离轴抛物面反射镜基于抛物面的原理，可以把点光源发出的光转换为平行传播的光束，也能够把平行入射的准直光聚焦到焦点上。

本实施通过光斑数据采集的方式尽可能排除了人为主观判断的因素影响，使用的超连续谱光源及离轴抛物面反射镜有效规避了波长变换带来的光路改变影响，减少了误差的来源，通过选取一定焦距的抛物面镜以及适当分辨率的光斑成像装置，能够达到角秒级的同轴度调节精度。操作简便，调节精度高，布置灵活，适用于各类高精度多波长共用系统同轴度的快速调节，可广泛应用于精密仪器制造和科研生产等领域。

在本实施例中，该调试系统还包括五维调整平台5，五维调整平台5与超连续谱激光光源2的光源输出尾纤21连接，用于对基准光源入射方向进行精确调节，以使入射光束与多波长共用系统的中心轴7重合，适用于高精度的万向调节。

在本实施例中，五维调整平台5通过对光源输出尾纤21X、Y、Z三个方向，以及俯仰、偏摆方向进行调整，使入射光束与所述多波长共用系统的中心轴重合。

在本实施例中，离轴抛物面反射镜3表面镀有金属铝反射膜，通过金属铝反射膜对0.45μm～20μm波长的激光光束进行反射。

在本实施例中，离轴抛物面反射镜3镜面焦距根据所需调试精度选取，抛物面反射镜口径能覆盖出射光束直径即可。

在本实施例中，光斑成像装置4可采用近红外/可见光波段CCD实现高精度分辨率的光斑监测。

在本实施例中，该调试系统的调节精度主要取决于离轴抛物面反射镜的焦距及CCD的分辨率，考虑一般人眼可清晰分辨的图像半高宽为3.5个像素点，两点间隔7个像素点可以较为容易的辨识，每个像素点按照1.4μm计算，使用焦距为1m的离轴抛物面镜，对于入射的光束平行度调节可以达到2.06″，足以满足精度要求较高的科研仪器所需。

在本实施例中，该调试系统还包括光斑显示装置6，光斑显示装置6用于显示聚焦光斑相对空间位置，以供光源切换复用单元1在多波长共用系统中进行同轴度调试。

参图4所示，本实施例还提供了一种光源切换复用单元同轴度调试方法，包括：

步骤一，通过超连续谱激光光源向光源切换复用单元提供基准光源，使基准光源入射通过多波长共用系统(待调试机构)的中心轴，经光源切换复用单元后水平射出；(基准光源调整，经过待调试机构粗调)

步骤二，通过离轴抛物面反射镜接收并反射光源切换复用单元的出射光束；(离轴抛物面反射镜接收并反射光束)

步骤三，通过布置于离轴抛物面反射镜焦点位置的光斑成像装置将离轴抛物面反射镜的反射光束汇聚成聚焦光斑；

步骤四，通过光斑显示装置(近红外/可见光波段CCD)显示聚焦光斑相对空间位置，以供光源切换复用单元在多波长共用系统中进行同轴度调试。(焦点处CCD监测光斑)

该方法采用超连续谱激光光源作为基准光源，可以在不用更换光源的情况下对光源切换复用单元提供光源辐照，实现无光源切换调试，通过大口径离轴抛物面反射镜接收光源切换复用单元导出的光束，使用近红外/可见光波段CCD观测光斑聚焦后的空间位置，最终实现高精度同轴度快速调试。操作简便，调节精度高，布置灵活，适用于各类高精度多波长共用系统同轴度的快速调节，可广泛应用于精密仪器制造和科研生产等领域。

在本实施例中，所述步骤一包括：

通过五维调整平台调整光源输出尾纤X、Y、Z三个方向，以及俯仰、偏摆方向，使入射光束与多波长共用系统的中心轴重合。

在本实施例中，所述步骤四包括：

通过调节供光源切换复用单元每一路波长选择器件的方位俯仰，使每路反射光束焦点的空间位置重合，表明光源切换复用单元调整到位，实现各路光束同轴输出。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (5)

1.一种光源切换复用单元同轴度调试系统，用于多波长共用系统同轴度调节，所述多波长共用系统包括光源切换复用单元，其特征在于，包括超连续谱激光光源、离轴抛物面反射镜、光斑成像装置；

所述超连续谱激光光源用于布置于多波长共用系统的光源入射侧，用于向所述光源切换复用单元提供基准光源，使所述基准光源入射通过所述多波长共用系统的中心轴，经所述光源切换复用单元后水平射出；

所述离轴抛物面反射镜布置于所述光源切换复用单元出射光束方向，用于接收并反射所述光源切换复用单元的出射光束；

所述光斑成像装置布置于所述离轴抛物面反射镜的焦点位置，用于将所述离轴抛物面反射镜的反射光束汇聚成聚焦光斑；

还包括五维调整平台，所述五维调整平台与所述超连续谱激光光源的光源输出尾纤连接，用于对所述基准光源入射方向进行精确调节，以使入射光束与所述多波长共用系统的中心轴重合；

所述五维调整平台通过对光源输出尾纤X、Y、Z三个方向，以及俯仰、偏摆方向进行调整，使入射光束与所述多波长共用系统的中心轴重合；

所述离轴抛物面反射镜的焦距为1m。

2.根据权利要求1所述的光源切换复用单元同轴度调试系统，其特征在于，所述离轴抛物面反射镜表面镀有金属铝反射膜，通过所述金属铝反射膜对0.45μm～20μm波长的激光光束进行反射。

3.根据权利要求1所述的光源切换复用单元同轴度调试系统，其特征在于，所述光斑成像装置采用近红外或可见光波段CCD。

4.根据权利要求1至3任一项所述的光源切换复用单元同轴度调试系统，其特征在于，还包括光斑显示装置，所述光斑显示装置用于显示所述聚焦光斑相对空间位置，以供所述光源切换复用单元在多波长共用系统中进行同轴度调试。

5.一种光源切换复用单元同轴度调试方法，其特征在于，包括：

步骤一，通过超连续谱激光光源向光源切换复用单元提供基准光源，使所述基准光源入射通过多波长共用系统的中心轴，经光源切换复用单元后水平射出；

步骤二，通过离轴抛物面反射镜接收并反射光源切换复用单元的出射光束；

步骤三，通过布置于离轴抛物面反射镜焦点位置的光斑成像装置将所述离轴抛物面反射镜的反射光束汇聚成聚焦光斑；

步骤四，通过光斑显示装置显示所述聚焦光斑相对空间位置，以供光源切换复用单元在多波长共用系统中进行同轴度调试；

所述步骤一包括：通过五维调整平台调整光源输出尾纤X、Y、Z三个方向，以及俯仰、偏摆方向，使入射光束与多波长共用系统的中心轴重合；

所述步骤四包括：通过调节所述供光源切换复用单元每一路波长选择器件的方位俯仰，使每路反射光束焦点的空间位置重合，实现各路光束同轴输出；

所述离轴抛物面反射镜的焦距为1m。