一種光束截面能量分布掃描裝置及探測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光束截面能量分布掃描裝置及探測裝置。其中，掃描裝置包括旋轉機構、平移機構和擋板，旋轉機構的旋轉臺設有能使被測平行光束全部穿過的第一通孔，所述平移機構的基座與旋轉臺固定連接，平移機構的平移臺能夠做直線往復運動，擋板與平移臺固定連接，擋板隨著平移臺的直線往復運動能夠將第一通孔遮蓋或打開。上述掃描裝置與探測器和聚焦透鏡組合構成探測裝置，聚焦透鏡位于旋轉機構和探測器之間，探測器使用聚焦透鏡對被測平行光束進行聚焦。本實用新型的優點是：通過旋轉臺和平移臺的二維掃描，借助層析算法就可以得到被測光束截面的能量分布圖像；可以在沒有小尺寸探測器的基礎上完成較高分辨率的光束截面能量分布的探測。
【專利說明】
一種光束截面能量分布掃描裝置及探測裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種探測光束截面能量分布的掃描裝置，用于實現光束截面能量分布的探測。
【背景技術】
[0002]目前，對激光光束截面能量分布的探測主要使用CCD等二維陣列探測器件攝取光斑圖像實現。其原理是使用電路的切換逐個快速讀取各探測器的值，由于二維探測陣列為逐行逐列排布，所以此裝置相當于在光束截面所在二維平面上進行行列掃描。其探測速度快，實時性強，可以直接探測，也可以使用透鏡進行變換后進行探測。但是在某些頻段，由于信號處理、制冷、成本等因素的限制，雖然探測元尺寸很小，但是探測器的整體尺寸卻很大(如單光子探測器)，無法實現大量探測器的二維陣列化排列，也就無法實現圖像的攝取。此時可以采用由兩個一維平移臺垂直連接組成的二維平移臺載動單點探測器進行二維逐行掃描實現光斑圖像的采集。雖然探測速度慢，但是測量精度卻比較高。這兩種方法本質上都是利用小探測元逐行逐列地探測二維平面內的光強，其探測分辨率都取決于探測元的尺寸，若是沒有小尺寸的探測元，都無法實現高分辨率光束截面能量分布的探測。
[0003]對于某些電磁波段，如遠紅外、太赫茲、微波等，由于探測元靈敏度、成本等因素的限制，無法或很難實現較小尺寸的探測，以上兩種方法都不能實現其光束截面能量分布的探測。
【發明內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種新的光束截面能量分布掃描裝置，該裝置配合大尺寸探測器也可實現較高分辨率的光束截面能量分布的探測，克服了現有的光束截面能量分布掃描裝置不能對僅有大尺寸探測器的電磁波段進行探測的不足。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]本實用新型光束截面能量分布掃描裝置包括旋轉機構、平移機構和擋板，所述旋轉機構的旋轉臺設有能使被測平行光束全部穿過的第一通孔，所述平移機構的基座與所述旋轉臺固定連接，所述平移機構的平移臺能夠做直線往復運動，所述擋板與所述平移臺固定連接，所述擋板隨著平移臺的直線往復運動能夠將所述第一通孔遮蓋或打開。
[0007]進一步地，本實用新型所述旋轉機構的基座設有第二通孔，從所述第一通孔穿過的被測平行光束能夠全部穿過所述第二通孔。
[0008]本實用新型探測裝置包括本實用新型光束截面能量分布掃描裝置、以及探測器和聚焦透鏡，所述聚焦透鏡位于所述旋轉機構和探測器之間，所述探測器使用所述聚焦透鏡對被測平行光束進行聚焦。
[0009]進一步地，本實用新型探測裝置還包括二軸步進電機控制器、用以驅動平移臺作直線運動的第一步進電機、用以驅動旋轉臺作旋轉運動的第二步進電機和計算機，所述探測器、二軸步進電機控制器分別與計算機連接，所述二軸步進電機控制器與第一步進電機、第二步進電機分別連接，第一步進電機的輸出軸與平移臺連接，第二步進電機的輸出軸與旋轉臺連接。
[0010]進一步地，本實用新型所述第一步進電機安裝在平移機構的基座上，所述第二步進電機安裝在旋轉機構的基座上。
[0011]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:探測裝置利用掃描裝置中的旋轉臺和平移臺所進行的二維掃描，通過層析算法就可以得到光束截面能量分布的圖像，即使用在各個角度下對光斑信息進行探測，取代了傳統逐行逐列二維掃描逐點探測光斑信息的方法。本實用新型掃描裝置對所配合的探測器尺寸沒有要求，可以獲得遠比探測器尺寸小的圖像分辨率，即可以在沒有小尺寸探測器的基礎上完成較高分辨率的光束截面能量分布的探測。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0013]圖1是本實用新型掃描裝置的結構示意圖；
[0014]圖2是圖1的左視圖；
[0015]圖3是本實用新型探測裝置對太赫茲光束進行掃描時的示意圖；
[0016]圖4是利用本實用新型探測裝置進行一次掃描得到的太赫茲波強度變化測試曲線；
[0017]圖5是圖4的微分曲線；
[0018]圖6是太赫茲波截面能量分布檢測結果；
[0019]圖中，1.旋轉機構，11.旋轉臺，12.旋轉機構的基座，13.第一通孔，14.第二通孔，2.平移機構，21.平移臺，22.平移機構的基座，3.擋板，4.被測平行光束，5.二軸步進電機控制器，6.計算機，7.探測器，8.聚焦透鏡。
【具體實施方式】
[0020]以下以利用本實用新型掃描裝置探測太赫茲返波管輸出的太赫茲光束截面能量分布為例詳細說明本實用新型。
[0021]如圖1和圖2所示，本實用新型光束截面能量分布掃描裝置包括旋轉機構1、平移機構2和擋板3，旋轉機構I的旋轉臺11設有能使被測平行光束全部穿過的第一通孔13，平移機構2的基座22與旋轉臺11固定連接，平移機構2的平移臺21能夠做直線往復運動，擋板3與平移臺21固定連接，擋板3隨著平移臺21的直線往復運動能夠將第一通孔13遮蓋或打開。進一步地，在旋轉機構I的基座12上開設第二通孔14，使從第一通孔13穿過的被測平行光束繼續全部穿過第二通孔14。
[0022]在圖1和圖2所示的實施例中，旋轉臺11的直徑為120mm，第一通孔13設于旋轉臺11的中心，第一通孔13的直徑為60mm，第二通孔14的直徑為60mm;平移機構2的移動行程為100mm，平移臺21為尺寸為90 X 90mm的正方形；擋板3為長、寬、厚分別為200cm、90cm、Imm的不銹鋼板。擋板3使用螺絲固定在平移臺21上。平移機構2的基座22固定在旋轉臺11上。隨著平移臺21的往復直線移動，擋板3能夠被平移臺21帶動而逐步遮蔽旋轉臺11的第一通孔13直至完全遮蔽或逐步將第一通孔13打開直至完全打開。在第一通孔13被遮蔽或打開時，第二通孔14也隨之被同步遮蔽或打開。
[0023]使用本實用新型掃描裝置對波束截面能量分布進行探測時，可將聚焦透鏡8位于旋轉機構I和探測器7之間而構成探測裝置，探測器7使用聚焦透鏡8對被測平行光束進行聚焦。整個測試過程試可由人工手動完成二維掃描和數據記錄。
[0024]若要使用本實用新型掃描裝置對波束截面能量分布進行自動化探測，可將探測器
7、二軸步進電機控制器5分別與計算機6連接，二軸步進電機控制器5與第一步進電機、第二步進電機分別連接;第一步進電機的輸出軸與平移臺21連接，從而控制平移臺21作直線往復運動;第二步進電機的輸出軸與旋轉臺11連接，從而控制旋轉臺11作旋轉運動。在圖3所示的實施例中，第一步進電機安裝在平移機構2的基座12內，第二步進電機安裝在旋轉機構I的基座12內，因此在圖3中不可見。
[0025]太赫茲波波段處于微波和紅外波段之間，目前在非相干探測領域，還沒有成熟的小尺寸探測器，因此不能方便的得到太赫茲光束的截面能量分布。被測太赫茲光束為返波管輸出的頻率為780GHz的太赫茲波。光束輸出時為發散光束，經透鏡準直后成為被測平行光束4(如圖3所不)。
[0026]探測器7可使用太赫茲波段常用的焦耳熱探測器，其傳感器為4X3mm的長方形熱電晶體。顯然，此款探測器無法在傳統二維逐行逐列掃描裝置的配合下得到分辨率高于3_的光束截面能量分布。作為固定探測器使用時，為防止太赫茲光束尺寸大于探測器傳感器尺寸而造成測量誤差，如圖3所示，將聚焦透鏡8位于旋轉機構I和探測器7之間，由此探測器7前使用焦距為10mm的聚焦透鏡8進行聚焦。
[0027]測量前先將探測系統調整完畢，然后本實用新型掃描裝置放置到太赫茲光束中，檢查并確認光束完全通過旋轉臺11的第一通孔13和第二通孔14。測量時，計算機6控制平移臺21移動至使擋板3完全遮蓋旋轉臺11的第一通孔13和第二通孔14。此時旋轉臺11處于起始位置，計算機6控制平移臺21移動100mm，以使擋板3完全打開第一通孔13和第二通孔14。在移動過程中，每移動Imm記錄一次探測器7傳回的光束的信號強度。記錄的信號強度如圖4中測試曲線所示，對圖4中的測試曲線進行微分運算后可以得到圖5中的微分曲線。然后，令旋轉臺11旋轉10度角，控制平移臺21往回移動10mm回到初始位置，然后同樣控制平移臺21移動10mm以使擋板3完全打開第一通孔13和第二通孔14，在平移臺21移動過程中，每移動Imm記錄一次探測器7傳回的光束的信號強度，將每次記錄的信號強度進行微分運算。繼續令旋轉臺11旋轉17次共170°，旋轉臺11每旋轉10°即控制平移臺21直線往復移動100mm，并記錄擋板3打開第一通孔13的過程中，平移臺21每移動Imm時探測器7傳回的光束的信號強度，再將每次記錄的信號強度進行微分運算。最后將以上19次的微分運算結果匯總，使用層析運算法進行運算處理，得到如圖6所示的分辨率為Imm的被測光束的截面能量分布。測試結果表明，被測光束為TEMo1模，光束截面的直徑約為40mm。可見，本實用新型掃描裝置對所配合的探測器尺寸沒有要求，可以獲得遠比探測器尺寸小的圖像分辨率，即可以在沒有小尺寸探測器的基礎上完成較高分辨率的光束截面能量分布的探測。
【主權項】
1.一種光束截面能量分布掃描裝置，其特征是:包括旋轉機構(I)、平移機構(2)和擋板(3)，所述旋轉機構(I)的旋轉臺(11)設有能使被測平行光束全部穿過的第一通孔(13)，所述平移機構(2)的基座與所述旋轉臺(11)固定連接，所述平移機構(2)的平移臺(21)能夠做直線往復運動，所述擋板(3)與所述平移臺(21)固定連接，所述擋板隨著平移臺的直線往復運動能夠將所述第一通孔(13)遮蓋或打開。2.根據權利要求1所述的光束截面能量分布掃描裝置，其特征是:所述旋轉機構(I)的基座(12)設有第二通孔(14)，從所述第一通孔(13)穿過的被測平行光束能夠全部穿過所述第二通孔(14)。3.—種使用權利要求1或2所述的光束截面能量分布掃描裝置的探測裝置，其特征是:還包括探測器(7)和聚焦透鏡(8)，所述聚焦透鏡(8)位于所述旋轉機構(I)和探測器(7)之間，所述探測器(7)使用所述聚焦透鏡(8)對被測平行光束進行聚焦。4.根據權利要求3所述的探測裝置，其特征是:還包括二軸步進電機控制器(5)、用以驅動平移臺作直線運動的第一步進電機、用以驅動旋轉臺作旋轉運動的第二步進電機和計算機(6)，所述探測器(7)、二軸步進電機控制器(5)分別與計算機(6)連接，所述二軸步進電機控制器(5)與第一步進電機、第二步進電機分別連接，第一步進電機的輸出軸與平移臺連接，第二步進電機的輸出軸與旋轉臺連接。5.根據權利要求4所述的探測裝置，其特征是:所述第一步進電機安裝在平移機構(2)的基座(22)上，所述第二步進電機安裝在旋轉機構(I)的基座(12)上。
【文檔編號】G01J1/42GK205691230SQ201620510819
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月31日 公開號201620510819.7, CN 201620510819, CN 205691230 U, CN 205691230U, CN-U-205691230, CN201620510819, CN201620510819.7, CN205691230 U, CN205691230U
【發明人】陳玲玲
【申請人】中國計量大學