專利名稱：激光束參數(shù)和全息光柵條紋檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明作出以前，國(guó)內(nèi)外普遍采用四象限光電探測(cè)器尋找光束中心以測(cè)量激光方向漂移。

圖1中，四象限光電探測(cè)器D固定，當(dāng)激光束照射在四塊光電池上時(shí)，產(chǎn)生電壓V1，V2，V3，V4，利用兩對(duì)角象限(一和三)與(二和四)輸出電壓的差值，就能決定光束中心的位置。(激光在精密計(jì)量中的應(yīng)用，葉聲華主編，202頁(yè)和208頁(yè))。因?yàn)榧す夤獍咧行墓鈴?qiáng)很強(qiáng)，偏離中心處光強(qiáng)很快衰減(圖2所示)，所以沿徑向移動(dòng)距離與四象限的電壓輸出量并不嚴(yán)格成比例。又因?yàn)榧す馄鞴β视?0%左右的起伏，當(dāng)光斑移動(dòng)單位距離時(shí)，四象限的電壓輸出將隨功率而起伏，因而造成誤差。
光束能量的橫向分布和光斑尺寸由光電掃描法測(cè)量。利用小面積的光電探測(cè)器，依靠機(jī)械位移裝置，在激光束光斑橫截面上進(jìn)行掃描，在xy記錄儀上得到光電信號(hào)的分布，也即光束能量的橫向分布，再由曲線作圖計(jì)算出光斑尺寸。此外，利用照相底片的黑度和曝光量對(duì)數(shù)值之間的線性關(guān)系，用自動(dòng)測(cè)微密度計(jì)，可測(cè)出黑度隨位置的分布，求出曝光量，從而求得激光束能量的分布。
發(fā)散角的測(cè)量是在三米導(dǎo)軌上不同位置處，用小面積光探測(cè)器和機(jī)械位移裝置進(jìn)行光電掃描，由不同位置處的光強(qiáng)分布曲線，計(jì)算出發(fā)散角?；蛘卟捎媒姑婀獍叻ǎ簿褪菧y(cè)量經(jīng)過(guò)象差校正的物鏡焦平面上的光斑直徑do，do與物鏡焦距f的比值，即激光束的發(fā)散角。(以上參考激光技術(shù)手冊(cè)〔蘇〕巴伊鮑羅金，克里克松諾夫，李特文年科主編，1986年10月機(jī)械工業(yè)出版社出版，316頁(yè)上激光束參數(shù)的測(cè)量)。以上測(cè)量各自進(jìn)行，傳感元件和方法較落后，故精度受到限制。
本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)和不足，設(shè)計(jì)出全自動(dòng)高精度測(cè)量激光束多個(gè)參數(shù)的測(cè)量技術(shù)，此裝置還可以作為一維光信息自動(dòng)記錄處理裝置，可以在制作全息光柵前，實(shí)時(shí)測(cè)量空間的光強(qiáng)分布曲線，打印出條紋間距參數(shù)和光柵常數(shù)。
本發(fā)明的要點(diǎn)是采用分束器將一束激光分為兩束光，在等光程處分別放置兩片CCD電荷耦合器件(陣列光電器件ChargeCoapledDevice)，CCD輸出兩列幅度受光信號(hào)調(diào)制的脈沖，由計(jì)算機(jī)控制采集和處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)激光束方向漂移，激光束能量分布，激光光斑尺寸，激光功率起伏的全自動(dòng)測(cè)量，將探測(cè)器沿導(dǎo)軌移動(dòng)兩個(gè)位置，可自動(dòng)測(cè)量激光束在此位置的發(fā)散角及遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，并同時(shí)測(cè)得激光束的共焦參數(shù)b和束腰光斑尺寸ω。
此法測(cè)量光斑漂移徑向精度高于1um(經(jīng)計(jì)算機(jī)曲線擬合，由計(jì)算機(jī)應(yīng)用最小二乘法原理算得為0.5um)，目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)為5um-10um以上，可定時(shí)(定時(shí)可調(diào))打印出光強(qiáng)分布曲線，打印出全部數(shù)據(jù)和誤差，并可隨時(shí)打印出激光光斑中心漂移路徑。
此系統(tǒng)可以作為一維光信息自動(dòng)記錄裝置。例如可以處理全息光柵干涉條紋信息，可以打印出光強(qiáng)分布曲線及條紋間距，從而測(cè)得待制作光柵的光柵常數(shù)。
圖1是四象限探測(cè)器測(cè)激光方向漂移圖2是單模激光束光斑光強(qiáng)分布圖。
圖3(a)、(b)、(c)是CCD器件水平放置，豎直放置和水平豎直同時(shí)放置三種情況下激光光斑說(shuō)明4是激光方向漂移說(shuō)明5是高斯光束按雙曲線函數(shù)發(fā)散6是CCD驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序關(guān)系7是光路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總框8是測(cè)量系統(tǒng)總電路9是全息光柵光路10是示波器輸出的全息光柵干涉條紋的光強(qiáng)分布圖本發(fā)明的原理方法和技術(shù)路線是這樣的(一)原理方法1激光束能量分布，光斑尺寸與激光方向漂移的測(cè)量。
圖2是單模激光束圓對(duì)稱的激光光斑，光強(qiáng)分布為I=I0e-2r1ω52]]>是高斯函數(shù)，式中Io為光斑中心極大值處的光強(qiáng)，I為距中心r處的光強(qiáng)，ω3為光斑尺寸。
CCD是一種新型的半導(dǎo)體器件，256線陣CCD具有256個(gè)光敏單元，相鄰光敏元之間距為15um(或更小)，光入射到光敏元件之上，輸出一列幅度受光信號(hào)強(qiáng)度調(diào)制的脈沖，脈沖幅度與相應(yīng)光敏元處的光強(qiáng)成正比(圖2所示)。
圖3(a)(b)中，光敏陣列CCD沿光斑X軸(或沿Y軸)放置，則傳感器接收到沿X軸和Y軸的光強(qiáng)分布分別為IX=IOexp(-2(a1-x)2+d21ω2s) IY=Ioexp( -2(a2-Y)2+d22ω2s)]]>式中，d1d2分別為光斑中心到X軸或Y軸的垂直距離，a1a2分別為X軸原點(diǎn)O1或Y軸原點(diǎn)O2到垂足的距離，圖中，O1與O2相當(dāng)于沿X軸或沿Y軸放置的CCD起始光敏元位置。
圖4中，激光的方向漂移，定義為光斑中心漂移量△r與激光器到光斑的距離L的比值θ＝ (△r)/(L) ，△r的測(cè)量是測(cè)量的關(guān)鍵。
為了測(cè)量不同功率激光器的能量分布，激光束通過(guò)衰減片，則有關(guān)系I′x=I′0exp(-2(a1-x)2+d12ω52)]]>I′′y=I′′exp(-2(a2-Y)2+d22ω52)]]>由計(jì)算機(jī)控制，分別采集X方向CCD與Y方向CCD輸出的256個(gè)脈沖的電壓值，并進(jìn)行曲線擬合，分別測(cè)得初始時(shí)刻(t＝0時(shí))高斯函數(shù)中的參數(shù)a10，a20，ωso，I′oo，I″oo;t時(shí)刻后參數(shù)為a1t，a2t，ωst，I′ot，I″ot，則徑向漂移△r的X方向分量為△X＝a1t-a10△r的Y方向分量為△Y＝a2t-a20方向漂移為θ =△rL=△X2+△Y2L]]>以上計(jì)算，圖3(C)可以說(shuō)明。
光斑尺寸為ωst功率起伏為ΔII=Iot-IoIo=I′ot-I′ooI′oo]]>(2)發(fā)散角，束腰光斑尺寸與共焦參數(shù)的測(cè)量由激光物理可知，在圖5中，高斯光束呈雙曲線函數(shù)發(fā)散，光束最細(xì)處半徑稱束腰光斑尺寸ωo，有公式ω2(z)ω20-(2Zb)2= 1]]>式中ω(Z)為Z位置處的光斑尺寸，b為共焦參數(shù)。由激光物理可知
Z1處光斑尺寸ω21=ω2(Z1)=λ2 πb2+4Z21b]]>Z2處光斑尺寸ω22=ω2(Z2)=λ2 πb2+4Z22b]]>Z3處光斑尺寸ω23=ω2(Z3)=λ2 πb2+4Z23b]]>式中λ為激光已知波長(zhǎng)，令△Z1＝Z2-Z1，△Z2＝Z3-Z2，則Z1距離為Z1=△Z21(ω23-ω21)- △Z22(ω22-ω21)2 △Z2(ω22-ω21)-2 △Z1( ω23-ω21)]]>共焦參數(shù)b=2λ(2Z1△Z1+ △Z21)π (ω22-ω21)]]>束腰光斑尺寸ωO=λb2 π]]>Z1處發(fā)散角θ=dωdz/z →∞=λπ ωO]]>只要測(cè)得相距為△Z1與△Z2三處的光斑尺寸ω1，ω2，ω3(由微機(jī)自動(dòng)進(jìn)行)，而λ為激光已知波長(zhǎng)，所有這5個(gè)參數(shù)，全部可由計(jì)算機(jī)快速算得，并自動(dòng)打印出來(lái)。
(二)技術(shù)路線技術(shù)路線的要點(diǎn)是(1)光路特點(diǎn)利用分束器將光束分為兩路，在等光程處分別放置水平方向CCD與豎直方向CCD兩塊。解決了保持靜態(tài)情況下，由一維線陣接收器，測(cè)量圓對(duì)稱情況下面上(二維)的光強(qiáng)分布隨時(shí)間變化的問(wèn)題。高精度測(cè)量出難以測(cè)量的光團(tuán)中心移動(dòng)距離的問(wèn)題(到0.5μm數(shù)量級(jí))。
(2)采用CCD256線陣作為探測(cè)器，由光強(qiáng)隨位置的變化，轉(zhuǎn)化為電壓隨脈沖次序的變化，利用計(jì)算機(jī)及同步控制電路，對(duì)CCD脈沖電壓幅度實(shí)現(xiàn)同步高精度采集。
(3)利由計(jì)算機(jī)曲線擬合技術(shù)，由脈沖電壓隨時(shí)間的分布，直接算出激光束光強(qiáng)隨位置的高斯分布函數(shù)中的各參數(shù)，從而使激光方向漂移的精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，使激光束參數(shù)的測(cè)量在靜態(tài)下進(jìn)行，多個(gè)參數(shù)的測(cè)量同時(shí)完成，無(wú)需機(jī)械掃描裝置。
下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)描述1.光路及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)總圖介紹在圖7中，激光器11的激光束，經(jīng)12傻魎ゼ跗鰨?，再?3(分束器)，分為反射與透射兩束光，在等光程處，分別沿水平方向放置一片CCD14，及沿豎直方向放置一片CCD15，兩路CCD受激光束照射后，各輸出一列幅度受光強(qiáng)分布調(diào)制的脈沖信號(hào)。
此兩路信號(hào)，分別經(jīng)X路與Y路放大電路8，9，進(jìn)入1(八選一模擬開關(guān)CO4051BE)。放大電路8，9輸出的兩列脈沖信號(hào)，也同時(shí)輸入用于觀察信號(hào)的雙線示波器16，調(diào)節(jié)水平CCD的上下位置和豎直CCD的左右位置，使示波器中信號(hào)幅度最大，此時(shí)CCD大致在光斑直徑位置。
由4(6522并行接口芯片)輸出信號(hào)至1(八選一模擬開關(guān))，分別控制X路或Y路信號(hào)進(jìn)入2(采樣保持LF398)。
2(采樣保持器)的開門信號(hào)由10(CCD驅(qū)動(dòng)器)的φR信號(hào)(1002)經(jīng)兩次與非門(20)提供。2(采樣保持)的輸出信號(hào)進(jìn)入3(ADC0809芯片)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。3(ADC0809)的啟動(dòng)信號(hào)，由10(CCD驅(qū)動(dòng)器)的φR信號(hào)(1002)和4(6522并行接口)輸出的信號(hào)，通過(guò)兩級(jí)與非門19，再經(jīng)7(14538單穩(wěn))，延時(shí)后產(chǎn)生。
3(ADC0809芯片)的八條數(shù)據(jù)輸出線與4(6522并行接口)的A口相連。模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，3(ADC0809)的EOC端輸出一負(fù)脈沖，經(jīng)單穩(wěn)6延時(shí)，進(jìn)入4(6522并行接口)，作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)，通知5(APPLE微機(jī)6502)進(jìn)行讀數(shù)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，由打印機(jī)17輸出結(jié)果。
圖7中，3(ADC0809)的時(shí)鐘信號(hào)，由5(APPLE微機(jī)6502)的時(shí)鐘信號(hào)φo端和4(6522并行接口)的PB1端經(jīng)過(guò)兩次與非門18提供。程序由PB1端是0和1控制A/D芯片是否獲得時(shí)鐘信號(hào)，以控制模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行。
(2)CCD輸出脈沖電壓連續(xù)同步采集技術(shù)為準(zhǔn)確測(cè)量CCD輸出的每一脈沖值采?、俨捎貌蓸颖３蛛娐?，使待測(cè)電壓保持在電容上，使保持時(shí)間大于A/D變換時(shí)間。
②利用CCD驅(qū)動(dòng)器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行時(shí)序控制。在圖6中，CCD邏輯定時(shí)電路輸出5路可調(diào)幅脈沖φ1φ2φ3φRφX，φ1φ2φ3作為三相驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，φR是CCD器件的復(fù)位時(shí)鐘，φX是加于轉(zhuǎn)移柵的轉(zhuǎn)移脈沖。
圖8是圖7的具體化。
在圖6中，因?yàn)棣誜在低電平期間輸出信號(hào)，所以，軟件上按排在φX負(fù)跳沿時(shí)去觸發(fā)中斷，開始進(jìn)入256個(gè)脈沖的采樣過(guò)程。
為此，在圖8中，將10(CCD驅(qū)動(dòng)器)的φX信號(hào)(1001)接4(6522平行接口)的418(CB1端);同時(shí)將10(CCD驅(qū)動(dòng)器)的1002(φR信號(hào))用作同步信號(hào)，1002(φR)輸出成兩路，一路經(jīng)兩次倒相(20)作為采樣保持2的開門信號(hào)(208)，另一路與411(6522的PB1端)相與后再倒相兩次(19)，再輸入單穩(wěn)7(MC14538)的712端，作適當(dāng)延時(shí)后，由709(Q端)輸出信號(hào)至3(ADC0809)的306(START端)和332(ALE端)，作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)和地址使能信號(hào)。調(diào)節(jié)電容718的數(shù)值，可使采樣保持開門信號(hào)與被測(cè)脈沖信號(hào)同步，而A/D啟動(dòng)信號(hào)略微延遲，使輸入端的模擬信號(hào)穩(wěn)定后才開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。
6522平行接口4的411端PB1的電平1或0由程序控制，一方面決定被測(cè)信號(hào)是否通過(guò)采樣保持，另一方面又與5(計(jì)算機(jī)6502)的540(φ0時(shí)鐘信號(hào))相與并兩次倒相后輸入3(ADC0809)的310端，以控制A/D芯片有無(wú)時(shí)鐘信號(hào)。
圖8中，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)(307端EOC信號(hào))為一負(fù)脈沖，經(jīng)6(MC14538單穩(wěn))延時(shí)后，由609端輸出一脈沖至4(6522并行接口)的421(CA1端)，通知微機(jī)進(jìn)行讀數(shù)。
圖8中，5(APPLE微機(jī)6502)的538φ1時(shí)鐘，輸出經(jīng)三個(gè)倒相器組成的延時(shí)線后接4(6522并行接口)的436，作為6522正常工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。圖8中，801，802，901，902分別為水平CCD與豎直CCD的信號(hào)輸出端，8，9為運(yùn)算放大電路，1是八選一模擬開關(guān)，6，7是MC14538單穩(wěn)，717與617接+5V。其它線連接如圖，不連的管腿空在那里，電阻電容值可查找相應(yīng)集成電路手冊(cè)，或由實(shí)驗(yàn)決定。
(3)利用曲線擬合技術(shù)來(lái)減少CCD器件的誤差，利用計(jì)算機(jī)曲線擬合技術(shù)，直接由采樣的各脈沖幅值算得高斯函數(shù)中的各個(gè)參數(shù)，從而求得激光束各參數(shù)，使測(cè)量精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
(4)全息光柵條紋間距自動(dòng)檢測(cè)圖9為全息光柵光路，He-Ne激光器21輸出的激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡22擴(kuò)束，再經(jīng)過(guò)透鏡23，24組成的倒置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，成為一束平行光，此平行光經(jīng)分束鏡25分成反射光Ⅰ與透射光Ⅱ，此兩束光分別經(jīng)反射鏡26，27反射，再經(jīng)鍍膜分束器28透射(Ⅰ束光)與反射(Ⅱ束光)，在兩束平行光交迭處產(chǎn)生明暗干涉條紋，改變兩束平行光的夾角α可以改變干涉條紋間距，如果在此位置放上全息干版，經(jīng)曝光，顯影，定影可制作成全息光柵，但全息光柵的條紋間距(稱光柵常數(shù))一般只有在制作完成后用其它光學(xué)方法去測(cè)量。如果在全息光柵制作前，先在此位置放上CCD器件，利用本測(cè)量裝置，可立即測(cè)量并打印出條紋間距，打印出空間光強(qiáng)分布曲線，圖10即示波器中觀察到的制作全息光柵前CCD器件輸出的一列調(diào)幅脈沖，與全息條紋的空間光強(qiáng)分布曲線一致。本計(jì)算機(jī)檢測(cè)裝置測(cè)到256個(gè)脈沖的幅值，再用一正弦函數(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，算得此正弦函數(shù)的空間周期，此空間周期乘以相鄰光敏元間距(一般為15um和8um)，得到所要制作的全息光柵的光柵常數(shù)，由計(jì)算機(jī)直接計(jì)算打印出來(lái)。
(5)光路需放置防震平臺(tái)上，并去除雜散光對(duì)CCD的照射，CCD要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選。
本技術(shù)及裝置可應(yīng)用于1.用于對(duì)激光器進(jìn)行研究，因?yàn)檫@些參數(shù)的測(cè)試一次性快速完成，由計(jì)算機(jī)立即顯示打印結(jié)果，故可以改變激光器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)觀察激光束參數(shù)的變化規(guī)律，以找到最佳條件，有助于從事激光研究的單位及技術(shù)人員更方便，更深入地進(jìn)行理論研究。
2.用于各地激光測(cè)試中心，或有關(guān)激光精密計(jì)量的單位，提高了這些參數(shù)的測(cè)試精度和自動(dòng)化程度。
3.此系統(tǒng)配以適當(dāng)軟件，可用于采集其它一維光信息分布，又例測(cè)量微小平移，測(cè)量細(xì)絲直徑，測(cè)量振動(dòng)狀態(tài)，用于全息光柵的干涉條紋信息實(shí)時(shí)處理及用于其它光信息處理。
光柵常數(shù)d是制作全息光柵時(shí)關(guān)心的問(wèn)題，一般要多次改變兩束平行光的夾角，經(jīng)多次拍攝、顯影、定影、檢測(cè)、調(diào)整夾角，再拍攝，才能得到光柵常數(shù)合適的全息光柵。采用CCD電荷耦合器件，由微機(jī)自動(dòng)控制，可以在制作全息光柵前實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)墒叫泄獾母缮鏃l紋間距，打印出條紋間距參數(shù)和光柵常數(shù)，可以很快調(diào)整夾角，得到滿意的全息光柵。
4.可做成教學(xué)儀器，南開大學(xué)和理工學(xué)院激光教研室的同志看過(guò)本裝置后，很感興趣，建議做成教學(xué)儀器，因?yàn)榇搜b置可以檢測(cè)干涉條紋，可以檢測(cè)七種激光束參數(shù)，還可以用于其它一維光信息自動(dòng)檢測(cè)，如散斑等光信息，加上可計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，示波器顯示波形等，學(xué)生可用于觀察激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化引起的激光束參數(shù)的變化規(guī)律，估計(jì)在國(guó)內(nèi)外大學(xué)中會(huì)有較好的銷路，他們建議做成二種精度，一種精度低些成本低些，用于教學(xué)演示;一種精度高成本高，用于激光計(jì)量和科研。
5.改用十字形CCD作探測(cè)器，可用于高精度的激光準(zhǔn)直儀上。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)激光準(zhǔn)直儀的單位有數(shù)十家之多，絕大部分都采用四象限硅光電池作探測(cè)器，十字形CCD探測(cè)器與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方法，可用于高精度帶反饋控制的激光準(zhǔn)直儀上。激光準(zhǔn)直儀在建筑，造船，飛機(jī)制造，大型精密機(jī)床(平直度，平面度，垂直度，同心度等)及隧道工程等方面有廣泛的應(yīng)用。例30萬(wàn)KW汽輪機(jī)組24米長(zhǎng)軸系的同心度需要準(zhǔn)直、10米長(zhǎng)距離內(nèi)要求激光束漂移量不超過(guò)零點(diǎn)幾個(gè)毫米。
權(quán)利要求
1.一種激光束參數(shù)和全息光柵條紋檢測(cè)裝置，其特征是由衰減器，分束器，兩片CCD電荷耦合器件及驅(qū)動(dòng)電路，放大電路，模擬開關(guān)，采樣保持器，ADC0809芯片，CCD輸出脈沖同步采集電路，6522輸出并行接口，以及APPLE微機(jī)組成。
2.一種激光束參數(shù)和全息光柵條紋檢測(cè)方法，其特征是a.光路特點(diǎn)圖7中激光器11的激光束，經(jīng)12(可調(diào)衰減器)，再經(jīng)13(分束器)，分為反射與透射兩束光。在等光程處，分別沿水平方向放置一片CCD14，及沿豎直方向放置一片CCD15，兩路CCD受激光束照射后，各輸出一列幅度受光強(qiáng)分布調(diào)制的脈沖信號(hào)，解決了保持靜態(tài)情況下，由一維線陣接收器，測(cè)量面上(二維)的光強(qiáng)分布隨時(shí)間變化的問(wèn)題，高精度測(cè)量出難以測(cè)量的光團(tuán)中心移動(dòng)距離的問(wèn)題。采用CCD256線陣作為探測(cè)器，由光強(qiáng)隨位置的變化，轉(zhuǎn)化為電壓隨脈沖次序的變化，利用CCD驅(qū)動(dòng)器的輸出脈沖進(jìn)行時(shí)序控制，加上連續(xù)同步控制電路，由計(jì)算機(jī)控制，對(duì)CCD脈沖電壓幅度實(shí)現(xiàn)同步高精度采集。具體電路是這樣的圖7中，14CCD與15CCD輸出的兩路信號(hào)，分別經(jīng)X路與Y路放大電路8，9，進(jìn)入模擬開關(guān)1，程序控制6522并行接口4輸出信號(hào)至模擬開關(guān)1，分別控制X路或Y路信號(hào)進(jìn)入采樣保持器2。降低CCD驅(qū)動(dòng)器時(shí)鐘頻率，采用采樣保持電路2，使電壓保持時(shí)間大于A/D變換的時(shí)間。在圖6中，CCD邏輯定時(shí)電路10輸出5路可調(diào)幅脈沖φ1φ2φ3φRφX。在圖7中，將CCD驅(qū)動(dòng)器10的φX信號(hào)(1001)接6522平行接口4;同時(shí)將CCD驅(qū)動(dòng)器10的1002(φR信號(hào))用作同步信號(hào)，1002φR輸出成兩路，一路經(jīng)兩次與非門20倒相，作為采樣保持2的開門信號(hào)。另一路與4(6522并行接口)的PB1輸出端相與后再倒相兩次(19)，再輸入單穩(wěn)7(MC14538)，作適當(dāng)延時(shí)后，輸出信號(hào)至ADC 0809芯片3，作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)和地址使能信號(hào)。采樣保持2的輸出信號(hào)進(jìn)入ADC 0809芯片3，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。使采樣保持開門信號(hào)與被測(cè)脈沖信號(hào)同步，而A/D啟動(dòng)信號(hào)略微延遲，使輸入端的模擬信號(hào)穩(wěn)定后才開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖7中，ADC0809芯片3的時(shí)鐘信號(hào)，由APPLE微機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)φ0端和6522并行接口4的PB1端經(jīng)過(guò)兩次與非門18提供，程序由PB1端是0或1控制A/D芯片是否獲得時(shí)鐘信號(hào)，以控制模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行。模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC 0809芯片3的EOC端輸出一負(fù)脈沖，經(jīng)單穩(wěn)6延時(shí)，進(jìn)入6522并行接口4，作為聯(lián)路信號(hào)，通知APPLE微機(jī)可以讀數(shù)，并通過(guò)6522并行接口4的A口進(jìn)行讀數(shù)。利用以上CCD脈沖連續(xù)同步采集電路，由計(jì)算機(jī)高精度連續(xù)采集CCD輸出的兩列與光信號(hào)成正比的脈沖信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)曲線擬合技術(shù)處理數(shù)據(jù)，可直接由采樣的各脈沖幅值算得光強(qiáng)分布的高斯函數(shù)中的各個(gè)參數(shù)，使激光束參數(shù)的測(cè)量在靜態(tài)下進(jìn)行，多個(gè)參數(shù)的測(cè)量同時(shí)完成。b.圖9中，He-Ne激光器21輸出的激光束，經(jīng)擴(kuò)束鏡22擴(kuò)束，再經(jīng)透鏡23，24成一束平行光，此平行光經(jīng)分束鏡25分成反射光Ⅰ與透射光Ⅱ，此兩束平行光分別經(jīng)反射鏡26，27反射，再經(jīng)鍍膜分束器28透射(Ⅰ束光)與反射(Ⅱ束光)，在兩束平行光交迭處產(chǎn)生明暗干涉條紋，改變兩束平行光的夾角θ可以改變干涉條紋間距，如果在此位置放上全息干版，經(jīng)曝光，顯影，定影可制作成全息光柵，如果在全息光柵制作前，先在此位置放上CCD器件，利用本測(cè)量裝置，可立即測(cè)量并打印出條紋間距和空間光強(qiáng)分布，圖10是示波器中觀察到的制作全息光柵前CCD器件輸出的一列調(diào)幅脈沖。本計(jì)算機(jī)檢測(cè)裝置測(cè)到256個(gè)脈沖的幅值，再用一正弦函數(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，算得此正弦函數(shù)的空間周期并乘以相鄰光敏元間距，由計(jì)算機(jī)直接打印出所要制作的全息光柵的光柵常數(shù)。如果光柵常數(shù)不合適，可以在拍攝前邊調(diào)整兩束平行光的夾角，邊觀察計(jì)算機(jī)打印的條紋間距參數(shù)，直至間距合適時(shí)，再進(jìn)行拍攝。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)出全自動(dòng)高精度測(cè)量激光束多個(gè)參數(shù)的測(cè)量技術(shù)，屬于測(cè)試領(lǐng)域的激光束參數(shù)和全息光柵條紋檢測(cè)裝置及方法，采用分束器將一束激光分為兩束，在等光程處分別放置兩片CCD器件，CCD輸出兩列幅度受光信號(hào)調(diào)制的脈沖，由CCD脈沖連續(xù)同步采集電路，經(jīng)采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換，由計(jì)算機(jī)控制采集，曲線擬合處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)激光束方向漂移等七種激光束參數(shù)的測(cè)量，并可作為一維光信息自動(dòng)記錄裝置，處理全息光柵等干涉條紋信息。
文檔編號(hào)G01J3/00GK1033416SQ8710145
公開日1989年6月14日 申請(qǐng)日期1987年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月28日
發(fā)明者秦綺雯, 道克剛, 鐘紉珠, 李文成 申請(qǐng)人:天津大學(xué)