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位敏探测器和激光指向稳定系统的应用

作者:维尔克斯  时间:2021-6-4 11:01:17

位敏探测器大致可分为:用于中心对准的四象限探测器,用于工程测量的横向影响探测器(偏差在微米级),激光指向稳定系统(Alignmeter),用于测量光束定位偏差和角度偏差(对准机械系统和铰接臂)。基于CCD探测器的系统可同时测量多个光束,连续光或脉冲光。PSD系列是由SpotOn产品线提供。激光对准由Alignmeter自准直仪系列提供。

用户可以使用上述系列产品实现机械系统对准、控制光束对准、测量线性位移、测量枪管中的直线度及测量测量滑道误差等功能。


一、光束位置测量

激光制造商经常使用PSD位敏传感器来表征其准直激光器。使用PSDposition sensing detector)可以测试激光器的绝对功率和功率波动,以及光束的漂移,对中以及光束与外壳或灯管的对准情况。 SpotOn系列产品特别适合此应用,因为它既提供用于跟踪光束运动的图形目标显示,又提供可以随时间监视光束特性的图表显示。

二、控制光束对准

在某些应用中,有必要将激光束对准目标并长时间保持高精度对准。为了确保长时间机械系统对准状态,有源反馈环路通过将光束调零到目标中心来保持对准。用于此应用的最佳检测器是四象限检测器,因为四象限检测器的中心不会随时间或温度变化。调零由PC端控制,该计算机处理来自检测器的信号并调整指向镜以使光束重新居中(请参见图4)。

通常会利用这个特性来长时间测量光学平台或隔震台的微小抖动。用户也可使用Alignmeter激光指向稳定系统实现长导轨较准等功能,适用于短时长即时应用。

三、测量线性位移

激光被导向移动镜或反射镜,在检测点放置位敏探测器用以接收反射光束。平行于原始目标移动镜子,这时目标将在检测器表面上产生线性位移,观测记录位敏探测器位置信息的变化,从而实现对镜子线性位移的非接触式测量。

三、测量枪管内部的直线度

SpotOn系统安装在腔体内部的导轨上,并将激光器放置在腔体中心轴线上,令激光直接对准SpotOn系列位敏探测器,从而形成一条直线光路。随着导轨的移动,检测器的读数将根据镜筒变形而变化。


四、测量滑道中的误差

当与激光一起使用时,双轴横向效应探测器可以高精度地测量机械设备中的公差和误差。为了以滑动方式测量误差,需要将一个双轴横向效应传感器安装在一个行进的滑块上,并且将一个激光对准该探测器从而定义一条直线的光路。当滑架沿着滑道移动时,双轴横向效应检测器会在垂直于运动方向的两个轴线上测量激光束位置的变化。光束位置读数的任何变化都将指示轨道形变。如果预计行程很长的路径或检测器头电缆所引起的应变是不可忽视的,因此PSD可以被一个延迟位移,中空的反射镜所取代,在这种设计中,双轴横向探测器平行于激光器安装,并且光被反射回到PSD位敏探测器中。由于反光镜的作用,光束位置读数将是滑架实际运动的两倍。可以使用类似的基于PSD的度量系统来测量诸如表面平整度,垂直度和直线度的特征。

使用反射镜测量滑道误差的配置:

高精度和实时地测量机械设备中的公差和误差将导致更好的性能。为了测量激光路径中的误差,横向效应检测器是一个很好的解决方案。这些探测器牢固地安装在工作区域,将改善并控制光束的准确性。当滑架沿着滑道移动时,横向效应检测器会在垂直于运动方向的两个轴上测量激光束位置的变化。光束位置读数的任何变化都将表明导轨发生形变,或者是轴承发生形变,也可能两种情况都有发生。

上图描述了带有反射镜的应用设置,而下图描述了直接测量XY工作台设置的布局。

No.

描述

1

晶体

2

腔镜

3

P.S.D

4

P.S.D-零点

5

折叠镜

在使用激光的过程中,反射镜可能会稍微移动,因此有必要定期检测或调整镜片的对准情况,使用No.3的探测器记录数据,加上No.4探测器表示零点,这使得系统允许定期调整

通过用激光材料可以切割或雕刻,这取决于激光的功率和施加在材料上的功率量级或是功率施加速度。这可能倒置材料雕刻或完全切割材料表面发生燃烧或熔化的情况,通过内置或定期检测,通过调整激光束路径可以显著的提高整体系统的性能以及效率。


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