一种基于光学回馈效应的物体垂直度调整装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学测量技术领域，特别涉及一种利用激光回馈技术调整物体垂直度 的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 激光回馈现象最早是在He-Ne激光器中发现，在随后十几年关于回馈现象的研 宄，大量激光回馈现象被发现并应用到工业生产检测中。
[0003] 由于激光回馈光携带有外部物体的信息，通过分析激光器的输出光特性，可解调 出物体的相位延迟和位移等信息，据此可将激光回馈技术应用到精密测量领域。
[0004] 物体垂直度的检测常用光学自准直仪器，但自准直仪的精度满足不了高精度测量 的要求。且自准直仪需要测量者长时间的观测，容易引起观察者的视觉疲劳。
[0005] 通过采用激光回馈技术，激光回馈在激光器的谐振腔外部实现对激光器输出光的 强度、偏振态和相位等的控制，可以进行物体表面方位的测量。
[0006] 本发明将激光回馈技术引入物体垂直度的检测领域，利用激光回馈技术实现物体 垂直度的高精度检测。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是：提供一种调整物体垂直度的新装置和方法。
[0008] 本发明的技术方案是：一种基于光学回馈效应的物体垂直度调整装置，其特征是： 它包括激光器、回馈镜、压电陶瓷、锯齿波电压发生器、控制与信号处理电路；
[0009] 所述激光器包含激励电源、平面高反镜、凹面高反镜和增益介质；
[0010] 所述回馈镜设置在所述激光器的平面高反射镜一端；所述回馈镜固定连接所述压 电陶瓷上，所述压电陶瓷在使用时固定在待调整物体表面；
[0011] 所述锯齿波电压发生器用于为压电陶瓷提供驱动电压；
[0012] 所述控制与信号处理电路包括位于所述激光器的凹面高反镜一端的光电探测器、 示波器，所述光电探测器用于接收从所述凹面高反镜端出射的光学信号，并将该信号进行 光电转换；所述示波器用于显示所述光电探测器传输的电信号。
[0013] 本发明的控制与信号处理电路还包括计算模块和模数转换与采集模块，所述模数 转换与采集模块与光电探测器电连接，将所述光电探测器传输的信号进行模数转换，然后 传输给所述计算模块，所述计算模块用于计算和显示经模数转换后的光强调制幅度的最大 值和实时值。
[0014] 本发明还提供了利用上述装置进行物体垂直度调整的方法包括如下步骤：
[0015] a.将所述激光器水平置于基准测试台上；
[0016] b.打开所述激励电源和所述锯齿波电压发生器，此时所述激光器出射激光照射到 所述回馈镜上，且所述回馈镜在所述压电陶瓷的驱动下沿所述压电陶瓷轴向移动；
[0017] c.所述控制与信号处理电路接收、处理和显示从所述凹面高反镜端出射的光学信 号；
[0018] d.连续改变物体垂直度，当所述示波器或计算模块显示的光强调制幅度逐渐变大 时，继续沿原方向改变物体垂直度；当所述示波器或计算模块显示的光强调制幅度逐渐变 小时，沿反方向改变物体垂直度；
[0019] e.当从两个方向改变物体垂直度，获得的光强调制幅度最大值相等时，物体与激 光传播方向垂直，即物体已调至与基准面垂直状态。
[0020] 该发明中，平面高反镜和凹面高反镜之间的激光器内部形成激光内腔，平面高反 镜和回馈镜之间的空间形成回馈外腔，激光器产生激光信号后，先出射至与待调整物体垂 直度一致的回馈镜上，当回馈镜法线方向与激光传播方向不平行时，回馈镜表面反射的激 光部分回到激光器内部，与激光器内部的初始激光相干涉，调制激光器的输出。当回馈镜法 线方向与激光传播方向平行时，回馈镜表面反射的激光全部回到激光器内部，与激光器内 部的初始激光相干涉，此时出射激光的幅度调制量最大，据此可以判断物体与激光传播方 向是否垂直。
[0021] 本发明的理论依据如下：
[0022] 假定初始电场为尽=￡〇6\口[/(时+炉。)]，式中的《为激光的角频率，％是初始相 位。光波在谐振腔中往返一周可以分为两个部分：一部分是在内腔往返一周，电场为E2;另 一部分透过高反镜并被回馈镜反射后再耦合进内腔，电场为民。这两部分光束最终在高反 镜处叠加。根据激光激发条件，当系统稳定时，叠加后的电场应与初始电场相同，即E2+E3 = Ep则：
[0023]
【主权项】
1. 一种基于光学回馈效应的物体垂直度调整装置，其特征是：它包括激光器（I)、回馈 镜（5)、压电陶瓷（6)、锯齿波电压发生器（7)、控制与信号处理电路； 所述激光器（1)包含激励电源、平面高反镜（3)、凹面高反镜（4)和增益介质； 所述回馈镜（5)设置在所述激光器（1)的平面高反射镜（3) -端；所述回馈镜（5)固 定连接所述压电陶瓷（6)上，所述压电陶瓷（6)在使用时固定在待调整物体表面； 所述锯齿波电压发生器（7)用于为压电陶瓷（6)提供驱动电压； 所述控制与信号处理电路包括位于所述激光器（1)的凹面高反镜（4) 一端的光电探测 器（9)、示波器（10)，所述光电探测器（9)用于接收从所述凹面高反镜（4)端出射的光学信 号，并将该信号进行光电转换；所述示波器（10)用于显示所述光电探测器（9)传输的电信 号。
2. -种如权利要求1所述的基于光学回馈效应的物体垂直度调整装置，其特征是，所 述控制与信号处理电路还包括计算模块（11)和模数转换与采集模块（12)，所述模数转换 与采集模块（12)与光电探测器（9)电连接，将所述光电探测器（9)传输的信号进行模数转 换，然后传输给所述计算模块（11)，所述计算模块（11)用于计算和显示经模数转换后的光 强调制幅度的最大值和实时值。
3. -种基于光学回馈效应的物体垂直度调整方法，它利用如权利要求1或2所述的物 体垂直度调整装置，包括如下步骤： a. 将所述激光器（1)水平置于基准测试台上； b. 打开所述激励电源和所述锯齿波电压发生器（7)，此时所述激光器（1)出射激光照 射到所述回馈镜（5)上，且所述回馈镜（5)在所述压电陶瓷（6)的驱动下沿所述压电陶瓷 (6)轴向移动； c. 所述控制与信号处理电路接收、处理和显示从所述凹面高反镜（4)端出射的光学信 号； d. 连续改变物体垂直度，当所述示波器（10)或计算模块（11)显示的光强调制幅度逐 渐变大时，继续沿原方向改变物体垂直度；当所述示波器（10)或计算模块（11)显示的光强 调制幅度逐渐变小时，沿反方向改变物体垂直度； e. 当从两个方向改变物体垂直度，获得的光强调制幅度最大值相等时，物体与激光传 播方向垂直，即物体已调至与基准面垂直状态。
【专利摘要】本发明属于光学测量技术领域，特别涉及一种利用激光回馈技术调整物体垂直度的装置和方法。其技术方案是：一种基于光学回馈效应的物体垂直度调整装置，主要包括激光器、回馈镜(5)、压电陶瓷(6)、锯齿波电压发生器(7)、控制与信号处理电路；激光器主要包括激励电源、平面高反镜(3)、凹面高反镜(4)和增益介质；回馈镜(5)设置在激光器的平面高反射镜(3)一端，固定在压电陶瓷(6)上，压电陶瓷(6)在使用时固定在待调整物体表面上；锯齿波电压发生器(7)用于为压电陶瓷(6)提供驱动电压；控制与信号处理电路探测、处理和显示激光信号。本发明可用于物体与基准面垂直度的调整。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN104571141
【申请号】CN201410685142
【发明人】陈文学, 胡新汉
【申请人】中国人民解放军第二炮兵装备研究院第三研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年11月26日