分体式激光扩束系统平行度测量装置的设计

　　1　引　言

　　随着激光发射系统的发展，其结构越来越复杂，激光功率也不断提高，随之对激光通过发射系统后的光束质量的要求也越来越高。在高功率激光发射系统中，强激光光束由激光器输出经过发射系统时，必须对其进行光束变换及光束整形，才能满足相关工作指标要求[1-3]，因此由激光扩束系统进行光束整形及光束变换是确保激光光束传输质量的重要方法之一。离轴式扩束系统是激光扩束系统的主要形式之一，分体式离轴扩束系统可将扩束系统从跟瞄发射系统中分离出来，具有结构简单、光束整形效果好、反射率高等优点，并且可以大大减小跟瞄发射系统的光学口径从而提高设备的运输性及机动性，已成为当前扩束系统的主要发展方向。但激光器、分体式离轴扩束系统及跟瞄发射系统之间具有复杂的空间角度关系，因此提供精确实时的扩束系统输入、输出光角度关系从而确保经过发射系统的出射激光光轴与跟瞄系统视轴的平行度，是发射系统快速完成装调及正常工作的基础之一。

　　目前，经过扩束后的光束平行度测量多采用同半径多角度远场光斑测量法，红外-可见基准转换CCD自准直测量法等。前者需在远场设立多个基准点而后将跟踪轴与激光光轴进行平度标定;后者为避免直接测量强激光而引入一束基准光，并将基准光与强激光进行平行度校准，由基准光光轴代替强激光光轴[4-5]。上述方法操作复杂、成本高、周期长，且不具实时性。

　　本文基于与发射激光波长相匹配的面阵CCD及激光光束传输特性提出了一种非接触式光学平行度测量装置。与远场标定或基转换等方法需要通过重新设立基准不同，本文提出的装置通过测量发射激光本身或通过分束测量微透的激光来测量扩束系统的平行度，从而大大提高了测量精度。提出的系统操作简单、易实现、可实时动态监测。

　　平行度测量装置主要由可切换基准镜机构，动态监测组件组成。其中动态监测组件主要由切换镜组，汇聚镜头，高分辨率CCD组成。本装置可为分体式扩束系统与激光器及跟瞄发射系统的对接提供装调的基准，并可在发射系统工作时为快速控制反射镜等光束方向调整装置提供作业依据。

　　2　平行度测量装置原理

　　被测光学元件的微小角度偏差是通过测量经过被测光学元件后被准直镜反射的光的投影与理论光轴的横向及纵向的位移偏差得到的。

　　图1所示为平行度测量装置组成图，其主要由可切换基准镜机构，动态监测组件等组成。如图2所示，平行光光源发出的平行光，经半反半透镜反射后，又经被测光学元件到达基准反射镜。由于被测元件与其理论位置存在角度偏差，所以光线经基准反射镜后不会原路返回，其在第2次经过被测元件时角度偏差会再次被放大，之后经半反半透镜在CCD靶面上成像。