一种激光传输和探测系统的制作方法

本实用新型涉及激光技术领域，具体涉及一种激光传输和探测系统。

背景技术：

随着激光科学与技术的不断发展，激光在通讯、医疗、国防和制造等领域的地位越来越重要。传统的激光探测装置通常用四象限探测器作为探测器件以测量被测基准与基准激光束的相对位置，四象限探测器测量方法对光强分布敏感，光强分布的变化对检测结果影响较大，从而使得测量不够精准，在要求高精度对准系统中，传统激光探测准直系统很难满足测试过程中的精度要求。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种激光传输和探测系统，能够建立激光传输通道，并且通过探测与基准激光束的相对位置计算光斑位移确定基准间偏差。

本实用新型采用如下技术方案：

一种激光传输和探测系统，包括传输系统和探测系统，所述传输系统包括激光器、真空管、ccd探测组件，所述ccd探测组件包括检测探测器、缩束器、密封仓、波纹管、光栅尺、位移驱动器；所述激光器连接所述真空管，所述缩束器、检测探测器依次设置，所述检测探测器通过所述位移驱动器连接并固定在所述密封仓内，所述密封仓通过机械结构固定有所述光栅尺，所述密封仓固定在被测基准上，所述密封仓通过波纹管固定在真空管上；所述探测系统包括数据采集单元、数据处理单元、数据储存单元，所述数据采集单元、数据处理单元、数据储存单元连接工控机，所述数据采集单元连接所述检测探测器。

进一步地，所述真空管还包括真空管固定件，所述真空管固定件的数量为多个，所述真空管为低压真空管，所述低压真空管包括多截管道，所述多截管道用法兰连接。

进一步地，所述多截管道的材料为不锈钢，所述多截管道内部表面激光管涂有丙烯酸树脂黑色涂料。

多截管道内部表面激光管涂有丙烯酸树脂黑色涂料能够防止任何不必要的反射和激光的散射

进一步地，所述ccd探测组件的数量为三个，所述三个ccd探测组件依次均匀固定在真空管中。

进一步地，所述每个ccd探测组件还包括探测固定件，所述探测固定件用于固定所述ccd探测组件。

进一步地，所述光栅尺的数量为六个，每两个光栅尺成九十度角的固定在一个密封仓上。

进一步地，所述激光器为he-ne激光器。

光源选用he-ne激光器。该激光器的功率稳定误差为2％，基模成份tem00>95％。通过滤波激光的模式稳定性可达到98％。

本实用新型的有益效果为：

(1)真空管作为激光束传输的通道，相比于在空气中传播，可以减少激光功率的衰减和光强分布变化。

(2)ccd探测组件用于探测激光束光斑位置，工作时由位移驱动器驱动探测器至定位点探测光斑，不工作时由位移驱动器驱动回缩至下方，探测位置更加灵活，并且能够保证激光对准光束的光路畅通，可通过横向和纵向的两个光栅尺确定探测器的工作位置。

(3)采用缩束器将光束耦合到光电探测器，能够对光斑位置进行完整的成像。

(4)探测器横向和纵向位置由光栅尺测量得出，光栅尺的测量精度可达到2um，探测系统接收探测器的数据并通过相关算法计算光斑位移，能够得出被测基准与激光基准的偏差。

附图说明

图1为本实用新型一种激光传输和探测系统的结构示意图。

图2为本实用新型中真空管连接示意图。

图3为本实用新型中探测器和缩束器的位置示意图。

图4为本实用新型中ccd探测组件的结构示意图。

附图中，激光器11、真空管12、法兰121、真空管固定件122、ccd探测组件13、探测固定件131、缩束器132、检测探测器133、密封仓134、光栅尺135、位移驱动器136、波纹管137、位移测头138、被测基准139、基准支撑1310、探测系统2。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，一种激光传输和探测系统，包括传输系统和探测系统2，传输系统包括激光器11、真空管12、ccd探测组件13；ccd探测组件13包括检测探测器133、缩束器132、密封仓134、波纹管137、光栅尺135、位移驱动器136，激光器11连接真空管12；激光器11为he-ne激光器，ccd探测组件13的数量为三个，三个ccd探测组件13依次均匀固定在真空管12中，每个ccd探测组件13还包括探测固定件131，探测固定件131用于固定ccd探测组件13。

光束的偏转角是由光斑位移来确定，光束内光强的变化有利于光斑位移测量精度的提高；因此采用相关算法计算光斑位移，相关算法对光强变化和光强分布变化敏感，保证激光器发射功率的稳定和模式的稳定。半导体激光器光功率受温度影响较大，因此光源选用he-ne激光器，该激光器的功率稳定误差为2％，基模成份tem00>95％。通过滤波激光的模式稳定性可达到98％。

激光在长距离传输中衍射对光束直径大小也有影响，衍射光斑大小与出射口径的关系表示如下：

其中，d表示在距出射透镜l处的光斑直径，d表示出射光束直径。为使d与d一个数量级，可计算出最佳发射光束直径:

当l＝40m,λ＝632.8nm,时d＝7.9mm。为增大传输距离，预留设计裕量，取发射光束直径为10mm。(当l＝100m,时d＝15.44mm)。

缩束器132将宽光束缩束后由检测探测器133检测光斑位移。优先选用相机型号为basleraca780-75gm，靶面大小6.5mm×4.8mm，单个像素尺寸为8.3μm×8.3μm。光束直径为10mm，设计缩束系统为3：1的缩束比。光束经过缩束系统后，光束直径为3.3mm，检测探测器133可完整地对光斑进行成像。在光斑侧，靶面对应大小为19.5mm×14.4mm。所以当探测器固定时，光斑的横向测量范围为9.5mm，纵向测量范围为4.4mm，纵向测量还有光栅尺作为量程扩展。

如图2所示，真空管12还包括真空管固定件122，真空管固定件122的数量为多个，真空管12为低压真空管，低压真空管包括多截管道，多截管道用法兰121连接。多截管道的材料为不锈钢，多截管道内部表面激光管涂有丙烯酸树脂黑色涂料。

如图3所示，缩束器132、检测探测器133依次设置。如图4所示，检测探测器133通过位移驱动器136连接并固定在密封仓134内，密封仓134通过机械结构固定有光栅尺135，密封仓134固定在被测基准上，密封仓134通过波纹管137固定在真空管12上；光栅尺135的数量为两个，两个光栅尺135成九十度角的固定在一个检测探测器133上。

探测系统2包括数据采集单元、数据处理单元、数据储存单元，数据采集单元、数据处理单元、数据储存单元连接工控机，数据采集单元连接检测探测器133。

数据采集单元采集检测探测器图像和光栅尺的位置，数据处理单元对检测探测器光斑图像处理、中心偏差数据计算。通过探测器测得光束的光强分布，采用相关算法可计算光斑位移。

相关算法对于单个检测探测器，初次定位后将光斑成像记录下来作为探测的模板，记为t(x,y)大小为m×n。探测图像记为s(x,y)，大小为m×n。

在s中以(i,j)为左上角，取m×n大小的子图，计算其与模板的相似度；遍历整个搜索图，在所有能够取到的子图中，找到与模板图最相似的子图作为最终匹配结果。

相关算法的相似性测度公式为：

其中：1≤i≤m-m+1，1≤j≤n-n+1；

显然，绝对误差和d(i,j)越小，表明越相似，故只需找到最小的d(i,j)即可确定能匹配的子图位置。

得到相似矩阵d，最小值的坐标即为最佳匹配位置。

相关算法作为数字图像处理，模板匹配的定位精度为像素级，但通过相邻像素拟合可以达到亚像素级。常用的拟合方式为抛物线拟合，即采用检测到的极值点与相邻像素进行抛物线拟合，通过求抛物线的顶点得到估算位置。通过拟合可以将定位误差控制在1/5像素以内，即与单个像素尺寸为8.3μm×8.3μm的basleraca780-75gm配合，当缩束器的缩束比为3:1时，横向×纵向的位移检测精度达到4.98μm×4.98μm。

在调整好对准激光后，激光与选定基准重合。此时检测探测器上测量得到的光斑位置偏差即为被测基准与选定定位基准的偏差。间隔2小时检测一次，并对数据进行储存能够得到基准变化的趋势。

本实用新型的有益效果为：

(1)真空管作为激光束传输的通道，相比于在空气中传播，可以减少激光功率的衰减和光强分布变化。

(2)ccd探测组件用于探测激光束光斑位置，工作时由位移驱动器驱动探测器至定位点探测光斑，不工作时由位移驱动器驱动回缩至下方，探测位置更加灵活，并且能够保证激光对准光束的光路畅通，可通过横向和纵向的两个光栅尺确定探测器的工作位置。

(3)采用缩束器将光束耦合到光电探测器，能够对光斑位置进行完整的成像。

(4)探测器横向和纵向位置由光栅尺测量得出，光栅尺的测量精度可达到2um，探测系统接收探测器的数据并通过相关算法计算光斑位移，能够得出被测基准与激光基准的偏差。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。