一种光束截面能量分布扫描装置及探测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光束截面能量分布扫描装置及探测装置。其中，扫描装置包括旋转机构、平移机构和挡板，旋转机构的旋转台设有能使被测平行光束全部穿过的第一通孔，所述平移机构的基座与旋转台固定连接，平移机构的平移台能够做直线往复运动，挡板与平移台固定连接，挡板随着平移台的直线往复运动能够将第一通孔遮盖或打开。上述扫描装置与探测器和聚焦透镜组合构成探测装置，聚焦透镜位于旋转机构和探测器之间，探测器使用聚焦透镜对被测平行光束进行聚焦。本实用新型的优点是：通过旋转台和平移台的二维扫描，借助层析算法就可以得到被测光束截面的能量分布图像；可以在没有小尺寸探测器的基础上完成较高分辨率的光束截面能量分布的探测。
【专利说明】
一种光束截面能量分布扫描装置及探测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种探测光束截面能量分布的扫描装置，用于实现光束截面能量分布的探测。
【背景技术】
[0002]目前，对激光光束截面能量分布的探测主要使用CCD等二维阵列探测器件摄取光斑图像实现。其原理是使用电路的切换逐个快速读取各探测器的值，由于二维探测阵列为逐行逐列排布，所以此装置相当于在光束截面所在二维平面上进行行列扫描。其探测速度快，实时性强，可以直接探测，也可以使用透镜进行变换后进行探测。但是在某些频段，由于信号处理、制冷、成本等因素的限制，虽然探测元尺寸很小，但是探测器的整体尺寸却很大(如单光子探测器)，无法实现大量探测器的二维阵列化排列，也就无法实现图像的摄取。此时可以采用由两个一维平移台垂直连接组成的二维平移台载动单点探测器进行二维逐行扫描实现光斑图像的采集。虽然探测速度慢，但是测量精度却比较高。这两种方法本质上都是利用小探测元逐行逐列地探测二维平面内的光强，其探测分辨率都取决于探测元的尺寸，若是没有小尺寸的探测元，都无法实现高分辨率光束截面能量分布的探测。
[0003]对于某些电磁波段，如远红外、太赫兹、微波等，由于探测元灵敏度、成本等因素的限制，无法或很难实现较小尺寸的探测，以上两种方法都不能实现其光束截面能量分布的探测。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种新的光束截面能量分布扫描装置，该装置配合大尺寸探测器也可实现较高分辨率的光束截面能量分布的探测，克服了现有的光束截面能量分布扫描装置不能对仅有大尺寸探测器的电磁波段进行探测的不足。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]本实用新型光束截面能量分布扫描装置包括旋转机构、平移机构和挡板，所述旋转机构的旋转台设有能使被测平行光束全部穿过的第一通孔，所述平移机构的基座与所述旋转台固定连接，所述平移机构的平移台能够做直线往复运动，所述挡板与所述平移台固定连接，所述挡板随着平移台的直线往复运动能够将所述第一通孔遮盖或打开。
[0007]进一步地，本实用新型所述旋转机构的基座设有第二通孔，从所述第一通孔穿过的被测平行光束能够全部穿过所述第二通孔。
[0008]本实用新型探测装置包括本实用新型光束截面能量分布扫描装置、以及探测器和聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述旋转机构和探测器之间，所述探测器使用所述聚焦透镜对被测平行光束进行聚焦。
[0009]进一步地，本实用新型探测装置还包括二轴步进电机控制器、用以驱动平移台作直线运动的第一步进电机、用以驱动旋转台作旋转运动的第二步进电机和计算机，所述探测器、二轴步进电机控制器分别与计算机连接，所述二轴步进电机控制器与第一步进电机、第二步进电机分别连接，第一步进电机的输出轴与平移台连接，第二步进电机的输出轴与旋转台连接。
[0010]进一步地，本实用新型所述第一步进电机安装在平移机构的基座上，所述第二步进电机安装在旋转机构的基座上。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:探测装置利用扫描装置中的旋转台和平移台所进行的二维扫描，通过层析算法就可以得到光束截面能量分布的图像，即使用在各个角度下对光斑信息进行探测，取代了传统逐行逐列二维扫描逐点探测光斑信息的方法。本实用新型扫描装置对所配合的探测器尺寸没有要求，可以获得远比探测器尺寸小的图像分辨率，即可以在没有小尺寸探测器的基础上完成较高分辨率的光束截面能量分布的探测。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0013]图1是本实用新型扫描装置的结构示意图；
[0014]图2是图1的左视图；
[0015]图3是本实用新型探测装置对太赫兹光束进行扫描时的示意图；
[0016]图4是利用本实用新型探测装置进行一次扫描得到的太赫兹波强度变化测试曲线；
[0017]图5是图4的微分曲线；
[0018]图6是太赫兹波截面能量分布检测结果；
[0019]图中，1.旋转机构，11.旋转台，12.旋转机构的基座，13.第一通孔，14.第二通孔，2.平移机构，21.平移台，22.平移机构的基座，3.挡板，4.被测平行光束，5.二轴步进电机控制器，6.计算机，7.探测器，8.聚焦透镜。
【具体实施方式】
[0020]以下以利用本实用新型扫描装置探测太赫兹返波管输出的太赫兹光束截面能量分布为例详细说明本实用新型。
[0021]如图1和图2所示，本实用新型光束截面能量分布扫描装置包括旋转机构1、平移机构2和挡板3，旋转机构I的旋转台11设有能使被测平行光束全部穿过的第一通孔13，平移机构2的基座22与旋转台11固定连接，平移机构2的平移台21能够做直线往复运动，挡板3与平移台21固定连接，挡板3随着平移台21的直线往复运动能够将第一通孔13遮盖或打开。进一步地，在旋转机构I的基座12上开设第二通孔14，使从第一通孔13穿过的被测平行光束继续全部穿过第二通孔14。
[0022]在图1和图2所示的实施例中，旋转台11的直径为120mm，第一通孔13设于旋转台11的中心，第一通孔13的直径为60mm，第二通孔14的直径为60mm;平移机构2的移动行程为100mm，平移台21为尺寸为90 X 90mm的正方形；挡板3为长、宽、厚分别为200cm、90cm、Imm的不锈钢板。挡板3使用螺丝固定在平移台21上。平移机构2的基座22固定在旋转台11上。随着平移台21的往复直线移动，挡板3能够被平移台21带动而逐步遮蔽旋转台11的第一通孔13直至完全遮蔽或逐步将第一通孔13打开直至完全打开。在第一通孔13被遮蔽或打开时，第二通孔14也随之被同步遮蔽或打开。
[0023]使用本实用新型扫描装置对波束截面能量分布进行探测时，可将聚焦透镜8位于旋转机构I和探测器7之间而构成探测装置，探测器7使用聚焦透镜8对被测平行光束进行聚焦。整个测试过程试可由人工手动完成二维扫描和数据记录。
[0024]若要使用本实用新型扫描装置对波束截面能量分布进行自动化探测，可将探测器
7、二轴步进电机控制器5分别与计算机6连接，二轴步进电机控制器5与第一步进电机、第二步进电机分别连接;第一步进电机的输出轴与平移台21连接，从而控制平移台21作直线往复运动;第二步进电机的输出轴与旋转台11连接，从而控制旋转台11作旋转运动。在图3所示的实施例中，第一步进电机安装在平移机构2的基座12内，第二步进电机安装在旋转机构I的基座12内，因此在图3中不可见。
[0025]太赫兹波波段处于微波和红外波段之间，目前在非相干探测领域，还没有成熟的小尺寸探测器，因此不能方便的得到太赫兹光束的截面能量分布。被测太赫兹光束为返波管输出的频率为780GHz的太赫兹波。光束输出时为发散光束，经透镜准直后成为被测平行光束4(如图3所不)。
[0026]探测器7可使用太赫兹波段常用的焦耳热探测器，其传感器为4X3mm的长方形热电晶体。显然，此款探测器无法在传统二维逐行逐列扫描装置的配合下得到分辨率高于3_的光束截面能量分布。作为固定探测器使用时，为防止太赫兹光束尺寸大于探测器传感器尺寸而造成测量误差，如图3所示，将聚焦透镜8位于旋转机构I和探测器7之间，由此探测器7前使用焦距为10mm的聚焦透镜8进行聚焦。
[0027]测量前先将探测系统调整完毕，然后本实用新型扫描装置放置到太赫兹光束中，检查并确认光束完全通过旋转台11的第一通孔13和第二通孔14。测量时，计算机6控制平移台21移动至使挡板3完全遮盖旋转台11的第一通孔13和第二通孔14。此时旋转台11处于起始位置，计算机6控制平移台21移动100mm，以使挡板3完全打开第一通孔13和第二通孔14。在移动过程中，每移动Imm记录一次探测器7传回的光束的信号强度。记录的信号强度如图4中测试曲线所示，对图4中的测试曲线进行微分运算后可以得到图5中的微分曲线。然后，令旋转台11旋转10度角，控制平移台21往回移动10mm回到初始位置，然后同样控制平移台21移动10mm以使挡板3完全打开第一通孔13和第二通孔14，在平移台21移动过程中，每移动Imm记录一次探测器7传回的光束的信号强度，将每次记录的信号强度进行微分运算。继续令旋转台11旋转17次共170°，旋转台11每旋转10°即控制平移台21直线往复移动100mm，并记录挡板3打开第一通孔13的过程中，平移台21每移动Imm时探测器7传回的光束的信号强度，再将每次记录的信号强度进行微分运算。最后将以上19次的微分运算结果汇总，使用层析运算法进行运算处理，得到如图6所示的分辨率为Imm的被测光束的截面能量分布。测试结果表明，被测光束为TEMo1模，光束截面的直径约为40mm。可见，本实用新型扫描装置对所配合的探测器尺寸没有要求，可以获得远比探测器尺寸小的图像分辨率，即可以在没有小尺寸探测器的基础上完成较高分辨率的光束截面能量分布的探测。
【主权项】
1.一种光束截面能量分布扫描装置，其特征是:包括旋转机构(I)、平移机构(2)和挡板(3)，所述旋转机构(I)的旋转台(11)设有能使被测平行光束全部穿过的第一通孔(13)，所述平移机构(2)的基座与所述旋转台(11)固定连接，所述平移机构(2)的平移台(21)能够做直线往复运动，所述挡板(3)与所述平移台(21)固定连接，所述挡板随着平移台的直线往复运动能够将所述第一通孔(13)遮盖或打开。2.根据权利要求1所述的光束截面能量分布扫描装置，其特征是:所述旋转机构(I)的基座(12)设有第二通孔(14)，从所述第一通孔(13)穿过的被测平行光束能够全部穿过所述第二通孔(14)。3.—种使用权利要求1或2所述的光束截面能量分布扫描装置的探测装置，其特征是:还包括探测器(7)和聚焦透镜(8)，所述聚焦透镜(8)位于所述旋转机构(I)和探测器(7)之间，所述探测器(7)使用所述聚焦透镜(8)对被测平行光束进行聚焦。4.根据权利要求3所述的探测装置，其特征是:还包括二轴步进电机控制器(5)、用以驱动平移台作直线运动的第一步进电机、用以驱动旋转台作旋转运动的第二步进电机和计算机(6)，所述探测器(7)、二轴步进电机控制器(5)分别与计算机(6)连接，所述二轴步进电机控制器(5)与第一步进电机、第二步进电机分别连接，第一步进电机的输出轴与平移台连接，第二步进电机的输出轴与旋转台连接。5.根据权利要求4所述的探测装置，其特征是:所述第一步进电机安装在平移机构(2)的基座(22)上，所述第二步进电机安装在旋转机构(I)的基座(12)上。
【文档编号】G01J1/42GK205691230SQ201620510819
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月31日 公开号201620510819.7, CN 201620510819, CN 205691230 U, CN 205691230U, CN-U-205691230, CN201620510819, CN201620510819.7, CN205691230 U, CN205691230U
【发明人】陈玲玲
【申请人】中国计量大学