用于激光合束系统的光束位置监测装置设计

发布时间：2021-07-19 20:33

　　为了实现近场可见光波段、多路不同波长激光合束中位置误差监测,设计了一种光斑位置监测装置,该装置以缩束系统为基础对同指向激光束位置进行自动监测,在激光合束系统中与快速反射镜相配合,能有效提高合束系统的精度和合束效率。首先对监测装置光学系统进行了设计和仿真分析,使其实现缩束功能的同时减小色差对监测精度的影响。接着,根据设计要求选择了合适的光电探测器。然后,设计了镜筒并对装置的箱体进行有限元优化设计以减轻质量并防止产生共振,使其可以在复杂的环境中工作。最后,根据光斑的特性选择了合适的光斑中心定位算法。实验检测结果表明:缩束倍数达到了15.6倍,监测精度达到了0.1 mm。系统基本上可以使所有激光束成像在CCD上,且光斑能在CCD上成完全像,稳定性较好,精度高,满足使用要求。 

【文章来源】：激光与红外. 2020,50(02)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 位置监测装置光学原理图

另外,考虑到参与合束的子光束的波长差异较大,导致色差的存在,使得同一位置不同波长的子光束在光电探测器上形成的光斑大小和位置存在偏差,进而会降低位置监测装置的精度。因此,用正透镜和负透镜的组合以及合适的材料来消色差。设计优化后,选用H-ZPK1、H-ZF5和H-ZF2三种材料分别来制作三个透镜,其消色差效果的仿真分析结果如图2所示。仿真分析中使用了三种不同波段的光束,理想的艾里斑半径为3.711 μm,而仿真结果得到的RMS分别为2.761 μm、2.805 μm、2.943 μm,均比艾里斑半径小很多,且各波段之间弥散斑半径则比较相近,说明在不同的视场条件下针对不同的工作波段,系统成像的质量均比较优异,消色差效果良好。

初步设计出位置监测装置的箱体,箱体内部的长宽高尺寸为295 mm×100 mm×104 mm,壁厚为10 mm,材料为铝合金,同时为了减小箱体的重量,在箱体两边进行开槽,如图4所示。在有限元软件ANSYS中,对其进行模态分析。模态分析是计算结构振动特性的数值技术,结构振动特性包括固有频率和振型,振动特性确定后,可以对结构进行优化使其更加稳定。

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本文编号：3291381