為了實現(xiàn)近場可見光波段、多路不同波長激光合束中位置誤差監(jiān)測,設(shè)計了一種光斑位置監(jiān)測裝置,該裝置以縮束系統(tǒng)為基礎(chǔ)對同指向激光束位置進行自動監(jiān)測,在激光合束系統(tǒng)中與快速反射鏡相配合,能有效提高合束系統(tǒng)的精度和合束效率。首先對監(jiān)測裝置光學系統(tǒng)進行了設(shè)計和仿真分析,使其實現(xiàn)縮束功能的同時減小色差對監(jiān)測精度的影響。接著,根據(jù)設(shè)計要求選擇了合適的光電探測器。然后,設(shè)計了鏡筒并對裝置的箱體進行有限元優(yōu)化設(shè)計以減輕質(zhì)量并防止產(chǎn)生共振,使其可以在復雜的環(huán)境中工作。最后,根據(jù)光斑的特性選擇了合適的光斑中心定位算法。實驗檢測結(jié)果表明:縮束倍數(shù)達到了15.6倍,監(jiān)測精度達到了0.1 mm。系統(tǒng)基本上可以使所有激光束成像在CCD上,且光斑能在CCD上成完全像,穩(wěn)定性較好,精度高,滿足使用要求。 

【文章來源】：激光與紅外. 2020,50(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖1 位置監(jiān)測裝置光學原理圖

另外,考慮到參與合束的子光束的波長差異較大,導致色差的存在,使得同一位置不同波長的子光束在光電探測器上形成的光斑大小和位置存在偏差,進而會降低位置監(jiān)測裝置的精度。因此,用正透鏡和負透鏡的組合以及合適的材料來消色差。設(shè)計優(yōu)化后,選用H-ZPK1、H-ZF5和H-ZF2三種材料分別來制作三個透鏡,其消色差效果的仿真分析結(jié)果如圖2所示。仿真分析中使用了三種不同波段的光束,理想的艾里斑半徑為3.711 μm,而仿真結(jié)果得到的RMS分別為2.761 μm、2.805 μm、2.943 μm,均比艾里斑半徑小很多,且各波段之間彌散斑半徑則比較相近,說明在不同的視場條件下針對不同的工作波段,系統(tǒng)成像的質(zhì)量均比較優(yōu)異,消色差效果良好。

初步設(shè)計出位置監(jiān)測裝置的箱體,箱體內(nèi)部的長寬高尺寸為295 mm×100 mm×104 mm,壁厚為10 mm,材料為鋁合金,同時為了減小箱體的重量,在箱體兩邊進行開槽,如圖4所示。在有限元軟件ANSYS中,對其進行模態(tài)分析。模態(tài)分析是計算結(jié)構(gòu)振動特性的數(shù)值技術(shù),結(jié)構(gòu)振動特性包括固有頻率和振型,振動特性確定后,可以對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化使其更加穩(wěn)定。

【參考文獻】：
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本文編號：3291381