一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学工程技术领域，具体涉及一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法。
【背景技术】
[0002]对于N路不同波长的非相干光束合成后，虽然光束能量密度最大只能达到原来的N倍，但由于它无需对每路光束进行相位控制，只需要对每路光进行整体方向的调节和控制，故在工程中我们常常对N路不同波长的非相干光束进行合成，其技术难度小，在工作中易于实现。在专利号为ZL201210152113.4(基于光束稳定闭环控制的激光束共孔径功率合成系统)中提出了采用光束稳定闭环控制的原理，利用光束合成传感器实时提取光轴误差，采用高速处理机实时处理光轴误差，再经过高压驱动器输出光电信号反馈倾斜镜对参与合束的单路光束实施光束稳定控制，以实时消除各路光束的光束指向误差，实现各路光束的高精度合成。
[0003]本发明提出了针对两路光束的非相干功率合成，通过一定的方法，把光束稳定控制系统中的探测器靶面分成四个区域，使单一探测器同时对单路远场(作为闭环控制时的光束指向误差提取)、合束远场(作为光轴合成的判据)、合束近场(作为光瞳合成的判据)进行探测，并分别对单路远场、合束远场进行标定。根据几何光学原理，测量光束聚焦成像像点与主光束聚焦发射到目标点时的聚焦光斑互为共轭，故当两测量光束经聚焦镜组成像的像点重合时，主光束经发射聚焦系统作用于目标点的光斑也重合。
[0004]在探测器工作前我们首先分别对每一个单路远场光进行标定，以往我们采用的是标准光源标定法，通过修正单路远场光与标准光位置偏差，使合束远场光与标准光重合。其缺点是必需做一个加工精度和调试精度都非常高的光学系统作为标准光源，每次工作前都需要将探测器搬运到标准光源前进行标定，由于探测器外形尺寸比较大，每一次标定都要把它运到标准光源前的专门光学系统前是非常不现实的，因此有必要发明一种新的光束合成精度和指向精度的标定方法。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:在光束稳定闭环控制的不同波长脉冲激光光束功率合成系统的指向误差中克服现有的不足，提供一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法，其为用于两路不同波长的激光束共孔径、功率合成的合束探测器中对合束光位置标定的方法，通过对光路的特殊设计，使单探测器对两路甚至更多单路光束远场，合束远场和合束近场同时成像，通过调整单路光束远场的光轴误差，从而实现了提高光束稳定闭环控制的不同波长脉冲激光功率合成系统的合成精度指向精度。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的解决方案:一种利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法，采用的标定装置包括激光器入射光束、光束传输合成系统、以及光束稳定控制系统。以两路合成为例光束传输合成系统它包括:第一可调镜1-1，第二可调镜1-5，第一传输镜1-2，第二传输镜1-3，第三传输镜1-6，合成分光组合镜1_4，聚焦系统1-7，目标1-8，第一激光器1-9，第二激光器1-10。第一激光器1_9发出的光束经过第一可调镜1-1和第一传输镜1-2，第二传输镜1-3到合成分光组合镜1-4。第二激光器1-10发出的光束经过第二可调镜1-5和第三传输镜1-6进入合成分光组合镜1-4。第一激光器1-9发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4透射进入合成传感器1-11 ;第二激光器
1-10发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4反射进入合成传感器1-11 ;所述的合成传感器1-11米用的是单探测器合束系统，它包括:共光路缩束模块2-1，第一分光镜2-2，第二分光镜
2-3，第三分光镜2-4，第四分光镜2-5，第五分光镜2-6，第一反射镜2_7，成像模块2_8，第二反射镜2-9，聚焦模块2-10，第六分光镜2-11，第三反射镜2-12，探测器2_13和第四反射镜2-14。第一激光器1-9和第二激光器1-10所发出的双波长光束A和B通过共有的光路缩束模块2-1缩束后，到达第一分光镜2-2，此时共有四种不同的传输路径。第一种传输路径为一部分能量的双波长光束A和B经过第一分光镜2-2透射、第四分光镜2-5反射、第五分光镜2-6透射、聚焦模块2-10透射并聚焦、第六分光镜2-11反射后，到达探测器2-13，并聚焦于探测器靶面2-16的位置上，为合束以后的光轴图像；第二种传输路径为一部分能量的双波长光束A和B经过第一分光镜2-2透射、第四分光镜2-5透射、第一反射镜2-7反射、成像模块2-8透射、第二反射镜2-9反射、第六分光镜2-11透射后，到达探测器2-13，并成像于探测器靶面2-17的位置，为合束以后的光瞳图像；第三种传输路径为一部分能量的其中波长A的光束经过第一分光镜2-2反射、第二分光镜2-3透射、第四反射镜2-14和第三反光镜2-12反射、第三分光镜2-4和第五2-6反射、聚焦模块2-10透射并聚焦、第六分光镜2-11反射后，到达探测器2-13，并聚焦于探测器靶面2-18的位置，为A路光轴信息；第四种传输路径为一部分能量的波长为B光束经过分光镜1-2和1-3反射、分光镜1-4透射、分光镜1-6反射、分光镜1-11反射后，到达探测器1-13，并聚焦于探测器靶面1-15的位置，为B路光轴信息。
[0007]所述的利用单探测器合成远场提高双光束合成精度和指向精度的标定方法，利用分光镜和反射镜进行光束方向的偏转和重组，实现探测器靶面分区域成像。标定第一步:打开第一激光器1-9，其发出的光束波长为A，关闭第二激光器1-10 ;第一激光器1-9发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4反射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4透射进入合成传感器1-11 ;这部分能量的一部分光束经过第一种传输路径:第一分光镜2-2透射、第四分光镜2-5反射、第五分光镜2-6透射、聚焦模块2-10透射并聚焦、第六分光镜2-11反射后、到达探测器2-13，并聚焦于探测器靶面2-16的位置A1点；另一部分能量光束经过第三种传输路径:第一分光镜2-2反射、第二分光镜2-3透射、第四反射镜2-14和第三反光镜2-12反射、第三分光镜2-4和第五2_6反射、聚焦模块2-10透射并聚焦、第六分光镜2-11反射后，到达探测器2-13，并聚焦于探测器靶面2-18的A2位置上。此时光束A的光轴质心A1点并没有聚焦到探测器靶面2-16的标定零点位置上，计算机运用PID算法将误差传给高压放大器，高压放大器把误差信号放大并驱动倾斜镜1-1向误差小的方向旋转，最终将光束A在靶面2-16上的质心A1闭环到标定零点ΑΓ位置上，与此同时聚焦在探测器靶面2-18的光轴质心A2也有个相对移动，光束A在靶面
2-18的质心由A2移到了 A2'的位置上，A2'就作为光束A在探测器靶面2_18的标定零点。
[0008]标定第二步:打开第二激光器1-10，其发出的光束波长为B，关闭第一激光器1-9 ;第二激光器1-10发出的光束大部分能量作为主光束经过合成分光组合镜1-4透射出去，极小部分能量作为测量光束经过合成分光组合镜1-4反射进入合成传感器1-11 ;这部分能量的一部分光束经过第一种传输路径:第一分光镜2-2透射、第四分光镜2-5反射、第五分光镜2-6透射、聚焦模块2-10透射并聚焦、第六分光镜2-11反射后、到达探测器2-13，并聚焦于探测器靶面2-16的位置B 1点。波长为B的另一部分能量光束经过第四种传输路径:第一分光镜2-2和第二分光镜2-3反射、第三分光镜2-4透射、第五分光镜2-6反射、第六分光镜2-11反射后，到达探测器2-13，并聚焦于探测器靶面2-15的B2位置上。此时光束B的光轴质心B1点并没有聚焦到探测器靶面2-18的标定零点位置上，计算机运用PID算法将误差传给高压放大器，高压放大器把误差信号放大并驱动倾斜镜1-5向误差小的方向旋转，最