激光准直仪

第 三、光电目标靶
七
激光准直仪的光电目标靶，通常用的是四象限光探测器。如图(7.3.6)所示，
章
它是由上、下、左、右对称装置的四块硅光电池组成。
激 光 在 工 业 中 的 一 些 应 用
§.
由于激光束强度呈高斯分布，在中心处光强最大，所以光电他的拚缝间隙和边缘
不均匀性会带来准直误差，为减少此项误差，可增加角锥体反射器的结构。角锥
光 在 工 业
光电池电路中串接可调节的平衡电阻的方法。如图(7.3.9)所示，其中的两个光电池 是上、下或左、右的一对光电池。调节平衡电阻，就可以补偿由于两块光电池的不 对称所引起的不平衡问题。
中
的
一
些
应
用
§.
7
3
激
光
准
直
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第 四、衍射准直仪
七 衍射准直仪的原理结构如图(7.3.10)所示，图中He-Ne激光器输出波长为6328埃的
用 (7.3.12)所示为长方形波带片；图(7.3.13)所示为方形波带片。
§.
7
3
激
光
准
直
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第 由菲涅耳衍射原理知，波带片的会聚作用类似于透镜，所以波带片又叫“菲涅耳透
七 章
镜”，它也有类似于透镜的关系式：
1 11
激
fF r s
光 上式表明，对于某个波带片而言(此时fF一定)，只要改变r就可以在不同的s上获得 在 清晰的十字亮线，这些十字亮线的中心均落在光轴上。在具体应用中，波带片可
中 的
M 21 22
一 些
M’和M的关系为：M M 0
应
由于衍射效应，出射光束发散角还与物镜L2的孔径大小有关。根据圆孔的夫琅和
用
费衍射理论可知，一个直径为D的圆孔所造成的衍射角(即光束发散角的一半，如
图(7.3.5)所示为：0 1.22 D
§.
7
3
激
光
准
直
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光
准
直
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第 七 章
还有一个需要指出的问题就是光电池对称性的影响，在四象限光电探测器中，要求 每片光电池的灵敏度必须严格一致，它们之间的相对位置亦应准确，这在实际上是 很难做到的，因为两片光电他的转换效率往往相差很远，即使是将同一块光电池刻
激 划分成四块，每块的转换效率也仍然不一。要解决光电池的对称问题，通常采用在
一、激光准直仪的原理和基本结构
第
七 1.激光束横截面上的光强分布是“高斯分布”，如 章 图(7.3.1)。所以光束的能量是大部分集中在有效
激 半径为z0的截面内。由于中心光强最大，所以光 光 束分布中心连线可以构成一条理想的准直基准线。
在 工 TEM00光束有效截面半径z0和远场发散角2的 业 公式为：



z0
简单的激光准直仪可以直接用目测来对准，为了便于控制和提高对准精度，一般的
激 激光准直仪都采用光电探测器来对准，这种准直仪的基本组成如图(7.3.3)所示。
光
在
工
业
中
的
一
些
应
用
§.
Hale Waihona Puke Baidu
7 其组成部分为：
3 激
1）He-Ne激光器；2）发射光学系统；3）光电目标靶；4）指示及控制系统
光
准
直
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工 以有两种不同的放置方式，如图(7.3.14)和图(7.3.15)所示。下面我们就对这两种
业 放置方式分别加以说明。 中
的
一
些
应
用
§.
7 1．r＞fF＞0的情形： 这种情形如图(7.3.14)所示，它要求波带片远离望远镜。
3 从机械装置角度看，这种装置方式一般说来是不太方便的。但是，这种装置法
激 可以使S在较大的范围内变动。
7
短距离内的高精度对准。而长焦距的波带片应配用大通光口径的望远镜，才能 在长距离内获得高精度的对准。
3
激
光
准
直
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章 单模激光，光束经可调焦望远镜一方面扩大光束截面，另一方面可调节聚焦O的位
激 光
置。由望远镜出来的光束，经波带片(也叫“菲涅耳透镜”)在光轴的P点处产生一 个十字亮线。若调节望远镜的焦距，则十字亮线就可出现在光轴的不同位置上。
在
工
业
中
的
一
些 应 波带片是一块具有一定遮光图案的平玻璃片，图(7.3.11)所示为圆形波带片；图
光
准
直
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第 七 2．r＜0的情形： 这种情形如图(7.3.15)所示，它允许波带片紧靠望远镜，并与望
章 远镜固定在一起。显然，这种装置法对于一般应用是十分方便的。但是，由前面
激
的式子可知，在r＜0时，署只能在波带片焦距fF范围内变动。
光
在
工
业
中
的
一
些
应
用
§.
对于通光口径一定的望远镜来说，短焦距的波带片所成的十字亮线较细，宜做
第 二、发射光学系统
七
激光准直仪发射光学系统的结构如图(7.3.4)所示，它由目镜L1、物镜L2和光阑A组
章 成。该望远镜系统对普通光束的倾角压缩比为：
激 光
M f2 f1
在
如果21，22 分别为高斯光束入射和出
工 射该望远系统的光束发散角的话，则该
业 望远系统对高斯光束的发散角压缩比为：
7 体的四个对称面上镀有金属膜或增反射膜，角锥体的分光作用如图(7.3.7)所示，
3 图中画的是光束偏离中心时的分光情况。
激
光
准
直
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第 七 章
激
光
在
工
业
中
的
一
些
应 用
由于加工具有四个对称面的角锥体比较困难，往往用如图(7.3.8)的圆锥体代替角 锥体。
§.
7
3
激
中 的 一
z0 0
1

(
z0

2 0
)2
2 2 0
些 应
He-Ne激光器输出的激光波长=0.6328m。 0
为光束腰部的截面半径，如图(7.3.2)所示。
用
§.
7
3
激
光
准
直
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第 七 章
当z0较大使
（ z0

2 0
）2

0

z0