CN106556933A - 一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可多维调整的激光光束片状整形装置，所述激光光束片状整形装置包括光束片状整形透镜组和直线滑台，其中：所述光束片状整形透镜组沿光路方向依次由整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜组成；所述直线滑台采用滚珠丝杠结构，由底座、丝杆和滑块组成，其中：丝杆固定在底座上，滑块设置在丝杆上，所述滑块上设置有透镜安装孔，透镜安装孔上安装有整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜。本发明结构简单、易于操作，有效降低了激光光束片状整形的操作难度，提高了光束整形后片状光束的质量和稳定性，满足了不同使用环境下对片状光束输出角度的要求，适用于平面激光诱导荧光技术应用的各个领域。

Description

一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法

技术领域

本发明属于激光诊断技术领域，涉及一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法。

背景技术

PLIF技术（平面激光诱导荧光技术）是一种高精度的光学诊断技术，其具有诸多优点：

1、非接触式测量，不干扰流场结构；

2、具有纳秒级的时间分辨率和微米级的空间分辨率；

3、测量区域大，可进行二维空间测量；

4、具有可视性，测量结果更为直观；

5、可通过标定等手段进行定量测量。

目前，PLIF技术被广泛应用于燃烧场和流场的诊断，对燃烧火焰中组份浓度、空间分布和温度及冷态流场的测量拥有巨大的应用前景。

当PLIF技术被广泛使用于燃烧、流场及发动机测试中时，操作人员具有的专业素质将直接影响测量结果。其中，对激光光束的片状整形过程及调整适合不同工况输出的过程尤为重要，因此设计一种装置可简单有效操控激光光束整形及输出是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可多维调整的激光光束片状整形装置及方法，在PLIF诊断中用于将激光光束整形为片状光束输出，该装置中透镜组中透镜均可替换，根据不同波长激光及所需片状光尺寸来更换所需透镜，该装置可精确调整输出片状光平行度及厚度并且可选择片状光输出角度，适用于各种不同诊断目的及工况的激光诊断试验。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可多维调整的激光光束片状整形装置，包括光束片状整形透镜组和直线滑台，其中：

所述光束片状整形透镜组沿光路方向依次由整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜组成，激光经由整形凹柱透镜和整形凸柱透镜整形为片状光，整形后的片状光通过扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜压缩其厚度；

所述直线滑台采用滚珠丝杠结构，由底座、丝杆和滑块组成，其中：丝杆和滑块均为四个，丝杆固定在底座上，滑块设置在丝杆上，所述滑块上设置有透镜安装孔，透镜安装孔上安装有整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜。

利用上述装置实现多维调整的激光光束片状整形并输出的方法，包括以下步骤：

步骤一、目标激光经由整形凹柱透镜和整形凸柱透镜整形为片状光；

步骤二、通过转动丝杆用以微调整形凹柱透镜和整形凸柱透镜对应的滑块使得片状光完全平行；

步骤三、整形后的片状光通过扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜压缩其厚度，通过转动丝杆用以微调扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜对应的滑块使其厚度压缩在0.2mm以下。

本发明具有如下优点：

1、本发明适用于平面激光诱导荧光技术应用的各个领域。

2、本发明结构简单、易于操作，大大降低了操作难度，提高了工作效率。

3、本发明直线滑台的精准微调功能消除了整形凹柱透镜和整形凸柱透镜产品本身厚度和手动调节误差带来的片状光整形后不平行问题，可以将目标激光整形为完全平行的片状光。

4、本发明利用扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜组合进一步压缩了片状光的厚度，提高了诊断结果的空间分辨率。

5、本发明可倾角底座很好地解决了目前试验光路中激光整形只可以形成水平或竖直片状光的问题，通过调整倾角使得片状光的输出角度满足所诊断工况的需求。

6、利用本发明可将目标激光光束整形为厚度在0.2mm以下的片状光束并匹配输出角度对测量目标进行作用。

7、本发明有效降低了激光光束片状整形的操作难度，提高了光束整形后片状光束的质量和稳定性，满足了不同使用环境下对片状光束输出角度的要求。

附图说明

图1为光束片状整形透镜组的结构示意图；

图2为直线滑台的结构示意图；

图3为可倾角底座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供的可多维调整的激光光束片状整形装置由光束片状整形透镜组和直线滑台组成。

如图1所示，所述光束片状整形透镜组沿光路方向依次由整形凹柱透镜1A、整形凸柱透镜1B、扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D组成。

如图2所示，所述直线滑台采用滚珠丝杠结构，由底座2A、丝杆2B和滑块2C组成，其中：丝杆2B和滑块2C均为四个，丝杆2B固定在底座2A上，滑块2C设置在丝杆2B上，所述滑块上设置有透镜安装孔2E，透镜安装孔2E上安装有整形凹柱透镜1A、整形凸柱透镜1B、扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D。

本实施方式中，所述光束片状整形透镜组中整形凹柱透镜1A、整形凸柱透镜1B、扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D的光轴保持同轴存在。

本实施方式中，所述整形凹柱透镜1A和整形凸柱透镜1B可将目标激光整形为片状光，片状光尺寸为，其中：f₊为整形凸柱透镜1B焦距，f_-为整形凹柱透镜1A焦距。

本实施方式中，所述扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D的扩束和压缩方向与整形凹柱透镜1A和整形凸柱透镜1B垂直存在。

本实施方式中，所述扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D可将整形后的片状光厚度压缩在0.2mm以下。

本实施方式中，所述整形凹柱透镜1A、整形凸柱透镜1B、扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D上镀有针对整形激光波长的增透膜，激光透过率在99%以上。

本实施方式中，所述直线滑台中四个丝杆2B均拥有独立丝杠旋钮2D。

本实施方式中，所述直线滑台可精确调整透镜间光学距离，消除各透镜本身厚度带来的误差，将激光整形为完全可行的片状光，并使得透镜组稳定的处于同一光轴上进行直线运动。

本实施方式中，所述直线滑台的调节精度为1mm。

利用上述装置实现多维调整的激光光束片状整形并输出的方法，由以下步骤实现：

步骤一、激光经由整形凹柱透镜1A和整形凸柱透镜1B整形为片状光；

步骤二、通过旋转丝杠旋钮2D转动丝杆2B用以微调整形凹柱透镜1A和整形凸柱透镜1B对应的滑块2C使得片状光完全平行；

步骤三、整形后的片状光通过扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D压缩其厚度，通过旋转丝杠旋钮2D转动丝杆2B用以微调扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D对应的滑块2C使其厚度压缩在0.2mm以下。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式不同的是，所述可多维调整的激光光束片状整形装置由光束片状整形透镜组、直线滑台和可倾角底座组成。

如图3所示，所述可倾角底座由安装底座3A、底座支架3B、可倾角固定台3C和直线滑台安装孔3D组成，其中：所述底座支架3B固定在安装底座3A上，可倾角固定台3C安装在底座支架3B上，所述可倾角固定台3C上设置有直线滑台安装孔3D，直线滑台安装孔3D上安装有直线滑台的底座2A。

本实施方式中，所述可倾角底座中可倾角固定台3C可实现0-90^o任意角度可调。

本实施方式中，所述光束片状整形透镜组、直线滑台和可倾角底座安装后在多维调整过程中，所有透镜光轴同轴且保持位置不变。

利用上述装置实现多维调整的激光光束片状整形并输出的方法，由以下步骤实现：

步骤一、激光经由整形凹柱透镜1A和整形凸柱透镜1B整形为片状光；

步骤二、通过旋转丝杠旋钮2D转动丝杆2B用以微调整形凹柱透镜1A和整形凸柱透镜1B对应的滑块2C使得片状光完全平行；

步骤三、整形后的片状光通过扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D压缩其厚度，通过旋转丝杠旋钮2D转动丝杆2B用以微调扩束凹柱透镜1C和聚焦柱透镜1D对应的滑块2C使其厚度压缩在0.2mm以下；

步骤四、调整可倾角底座的可倾角固定台，实现片状光0-90^o任意角度输出。

Claims (10)

1.一种可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述激光光束片状整形装置包括光束片状整形透镜组和直线滑台，其中：

所述光束片状整形透镜组沿光路方向依次由整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜组成，激光经由整形凹柱透镜和整形凸柱透镜整形为片状光，整形后的片状光通过扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜压缩其厚度；

所述直线滑台采用滚珠丝杠结构，由底座、丝杆和滑块组成，其中：丝杆和滑块均为四个，丝杆固定在底座上，滑块设置在丝杆上，所述滑块上设置有透镜安装孔，透镜安装孔上安装有整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜。

2.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述光束片状整形透镜组中整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜的光轴保持同轴存在。

3.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述片状光尺寸为，其中：f₊为整形凸柱透镜焦距，f_-为整形凹柱透镜焦距。

4.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜的扩束和压缩方向与整形凹柱透镜和整形凸柱透镜垂直存在。

5.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜将整形后的片状光厚度压缩在0.2mm以下。

6.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述整形凹柱透镜、整形凸柱透镜、扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜上镀有针对整形激光波长的增透膜，激光透过率在99%以上。

7.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述直线滑台的调节精度为1mm。

8.根据权利要求1所述的可多维调整的激光光束片状整形装置，其特征在于所述激光光束片状整形装置还包括可倾角底座，所述可倾角底座由安装底座、底座支架、可倾角固定台和直线滑台安装孔组成，其中：所述底座支架固定在安装底座上，可倾角固定台安装在底座支架上，所述可倾角固定台上设置有直线滑台安装孔，直线滑台安装孔上安装有直线滑台的底座。

9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述的激光光束片状整形装置实现多维调整的激光光束片状整形并输出的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤一、目标激光经由整形凹柱透镜和整形凸柱透镜整形为片状光；

步骤二、通过转动丝杆用以微调整形凹柱透镜和整形凸柱透镜对应的滑块使得片状光完全平行；

步骤三、整形后的片状光通过扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜压缩其厚度，通过转动丝杆用以微调扩束凹柱透镜和聚焦柱透镜对应的滑块使其厚度压缩在0.2mm以下。

10.根据权利要求9所述的实现多维调整的激光光束片状整形并输出的方法，其特征在于所述方法还包括以下步骤：

步骤四、调整可倾角底座的可倾角固定台，实现片状光0-90^o任意角度输出。