一种光束指向的精确控制方法与流程

本发明属于激光光束指向精密控制领域，具体涉及一种光束指向的精确控制方法。

背景技术：

当前的光机结构系统，特别是较大型、复杂的光机系统极易受到使用环境中各种动态扰动的影响，如环境温度变化，大气湍流、灰尘、烟霾，雨雪天气以及各种原因引入的机械振动，都会不同程度的影响光学系统的性能，导致光束偏离预设传播路径，严重情况甚至导致系统无法正常工作，降低了光学系统的实用进程。为了解决这一问题，目前有多种光束指向调整方法，其原理和特点都各不相同，最常用的包括以快反镜和位置敏感探测器为主要功能模块的光束精跟踪系统，能够解决远距离传输过程中光束指向不稳定造成的目标光斑漂移和抖动问题，但基于反射镜扫描原理的光束指向控制系统的缺点在于反射镜扫描精度要求与指向控制精度一致，而实现高精度指向控制的反射镜扫描精度设计难度较大，也难以得到较大的反射镜偏转角度，造成了所要求的快反镜高帧频和大动态范围相矛盾。为了解决快反射镜难以实现高帧频、大动态范围的问题，本发明公开了一种光束指向的精确控制方法，具有方法原理简单，可实现高帧频、大动态范围、应用范围广的特点。

技术实现要素：

本发明克服现有技术的不足，提供一种光束指向的精确控制方法，解决了传统光束指向调整过程中快反镜设计难度大，高帧频、大动态范围相矛盾的问题。

本发明采用的技术方案是：一种光束指向的精确控制方法，采用物方扫描原理实现光束的精确指向控制，其特征在于建立准直镜头的光学系统结构模型，建立光学系统多重组态模拟不同视场的光束指向变化，根据光学设计结果进行机械结构设计，采用高精度二维平移机构带动聚焦光斑在准直镜头焦面垂轴运动实现光束的指向精确控制，具体步骤如下：

首先，根据技术指标要求建立光学系统结构模型，选取合理的光学结构形式和光学材料，迭代优化设计出满足技术指标的光学准直镜头系统；其次，对已优化好的光学准直镜头模型建立不同视场下的准轴运动多重组态结构形式，包括未扫描时准直镜头组态，扫描0.7视场准直镜头组态，扫描1视场准直镜头组态；再次，根据技术指标要求精度和多重组态下准直镜头不同视场垂轴运动特性进行机械结构初步成型设计，最后，选取多维高精度平移机构实现光束指向的高精度控制，使聚焦光斑在准直镜头焦面垂轴运动。

所述的一种光束指向的精确控制方法，其特征在于采用物方扫描原理与精密直线运动机构配合实现光束的精确指向调整。

所述的一种光束指向的精确控制方法，其特征在于所设计的准直光机系统包括准直光学透镜组、高精度x方向平移机构，高精度y方向平移机构，机械机构框架，高精度多维平移机构驱动器，高精度平移机构控制程序和工控计算机。

所述的一种光束指向的精确控制方法，其特征在于所设计的光学系统是工作在任意波段的激光准直镜头。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

1.采用高精度二维平移机构实现光斑在准直镜头焦面垂轴方向的高精度位置控制；

2.本方法实现了高帧频、大动态范围扫描；

3.通过控制准直镜头焦距，控制光束指向扫描精度和范围。

附图说明

图1是一种光束指向精确调整方法流程示意图。

图2是未扫描时准直镜头示意图。

图3是扫描0.7视场准直镜头示意图。

图4是扫描1视场准直镜头示意图。

图5是使用一种光束指向的精确控制方法得到的一种准直系统结构图。

具体实施方式

一种光束指向的精确控制方法，采用物方扫描原理与精密直线运动机构配合实现光束的精确指向调整，其特征在于建立准直镜头的光学系统结构模型，建立光学系统多重组态模拟不同视场的光束指向变化，根据光学设计结果进行机械结构设计，采用高精度二维平移机构带动聚焦光斑在准直镜头焦面垂轴运动实现光束的指向精确控制，如图1所示，具体步骤如下：

首先，根据技术指标要求建立光学系统结构模型，选取合理的光学结构形式和光学材料，迭代优化设计出满足技术指标的光学准直镜头系统；其次，对已优化好的光学准直镜头模型建立不同视场下的准轴运动多重组态结构形式，包括如图2所示的未扫描时准直镜头组态，如图3所示的扫描0.7视场准直镜头组态，如图4所示扫描1视场准直镜头组态；再次，根据技术指标要求精度和多重组态下准直镜头不同视场垂轴运动特性进行机械结构初步成型设计，最后，选取多维高精度平移机构实现光束指向的高精度控制，使聚焦光斑在准直镜头焦面垂轴运动。

所述的一种光束指向的精确控制方法，其特征在于所设计的准直光机系统包括准直光学透镜组、高精度x方向平移机构，高精度y方向平移机构，机械机构框架，高精度多维平移机构驱动器，高精度平移机构控制程序和工控计算机。

所述的光学系统是工作在任意波段的激光准直镜头。

如图5所示为使用该方法得到的一种具备光束指向精确控制的准直光机系统。

技术特征：

技术总结
一种光束指向的精确控制方法，属于激光光束指向精密控制领域，具体方法为：首先，对光学系统进行优化迭代设计，初步获得接近技术指标要求的光斑聚焦点；其次，建立多重组态光学系统模拟准直镜头的垂轴运动；再次，根据光学设计结果进行机械结构设计；最终，通过高精度二维平移机构带动聚焦光斑在准直镜头焦面垂轴运动，解决了传统光束指向调整过程中采用快反镜进行光束指向稳定设计难度大、高帧频、大动态范围相矛盾的问题，实现激光光束的高精度指向精确控制和大范围视场扫描。

技术研发人员：康为民
受保护的技术使用者：哈尔滨新光光电科技股份有限公司
技术研发日：2019.02.12
技术公布日：2019.06.11