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簡潔型激光穩定系統 (轉向鏡,探測器,電子控制系統組成)  

原理簡介簡潔型激光穩定系統可用于抵消或糾正由振動、沖擊震動、熱量漂移,或其他對激光方位有不良影響的因素引起的變化。該系統可應用于所有激光設備和激光系統中。如果激光系統中有您不期望的波動或移位,……

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縱向   橫向
產品型號
貨號 操作 名稱
A80170080  8-10周    主動激光束穩定系統 (激光束的調整、穩定、定位和對準,含轉向鏡,探測器等電子組件)   [PDF] 激光穩定系統由一些光學電子組件 (轉向鏡,探測器) 以及電子控制系統組成。 我們提供不同類型的轉向鏡和探測器。    價格 : 請聯系客服 庫存:請咨詢客服

總覽

原理簡介

簡潔型激光穩定系統可用于抵消或糾正由振動、沖擊震動、熱量漂移,或其他對激光方位有不良影響的因素引起的變化。該系統可應用于所有激光設備和激光系統中。如果激光系統中有您不期望的波動或移位,而您的激光應用需要有很高的精確性和穩定性,那么激光穩定系統可幫助您來達到這一目的。 激光方位是由探測器來確定的。探測器可以是一個四象限光電二極管(4- QD) 或 一個PSD。該穩定系統只需利用用戶設備中已有的高反光鏡后的一小部分微弱的透射光就足以來穩固激光。 圖 1 激光穩定原理 系統中的一個閉循環控制器不斷探測激光光線的實際方位與應有方位的偏差,同時借助于一個快速傳動裝置使一個轉向鏡把激光光線穩定在所需位置上。 兩個不同型號的系統可提供用戶使用?!半p軸控制系統”包括一個探測器和一個轉向鏡,其中轉向鏡可 在兩個不同方向軸上轉動。這樣,激光的位置就可通過轉向鏡的轉動被確定在由探測器設定的位置上。但這種情況下,激光的方向還會有偏移的可能。因為即使激光最后射到探測器上的位置雖然一致,但 該光線射到轉向鏡上的點位還是可以不同,所以這個系統只能定位但不能定向。相比之下“四軸控制 系統”包含兩個探測器和兩個轉向鏡。此系統中兩個探測器把激光固定在兩個不同的預先確定的位置 上。由此激光的位置和方向都被穩固住了


我們提供用于實時穩定、對準、定位和調整激光束的系統。我們的系統極其精確、快速且非常穩定。不需要用戶交互。它們配備有用的操作和安全功能,可快速集成到不同的激光器設置中。

使用我們的光束穩定系統,激光始終穩定在所需的目標位置和光束方向。請不要猶豫與我們聯系。我們期待在選擇、規劃和整合方面為您提供幫助。


通用參數

典型應用

非常精確、快速和可靠的光束對準

主動光束位置和光束方向控制

激光束指向補償

精確的運動和振動控制

自動調整激光束

將激光束快速傳送到不斷變化的應用

OEM 解決方案:例如激光材料加工中的在線精度控制


特征

有源閉環控制

模擬系統內核以最低的相移實現最高的控制性能

無需數字化步驟的最高分辨率

無需用戶交互,無需計算機

提供 USB 接口(以太網、RS-232)和軟件

連續和脈沖激光器的精確定位

也適用于超短脈沖激光器(ps、fs)

提供 OEM 版本

優異的性價比



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通信和可視化軟件

緊湊型激光束穩定系統可以選擇配備串行接口。它允許設置參數和讀取值。通信通過 USB 運行。作為替代方案,也可以使用以太網或 RS-232。相關軟件利用該接口并與穩定系統通信。它提供位置、強度和壓電電壓的實時顯示,并包括一些控制穩定系統的功能。


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電子控制系統 (包括控制器,放大器,電源)完quan被集 中到一個簡潔緊湊的外殼中。它可由一個普通標準的 12V 電源驅動。

 


安裝和調試操作

簡介

想了解系統操作原理最迅速明了的方法是參看圖 5-圖 7。圖 5 中顯示了電子控制系統頂部的面板按鍵和位置信號的輸出口。 這個型號用于有兩個探測器和兩個轉向器的系統,此型號包括調控段1(Stage 1)和調控段 2(Stage 2)。兩個調控段可以分別用開關鍵獨立地開起或關閉

(Start/Stop)。若您按開關鍵(Start/Stop),那么這個調控段便處于開起狀態,此鍵的右上角上的小LED 會發亮。但這還不表示調控段在調控工作中。只有當激光射到探測器上的光強足夠高時,調控段才會處于調控狀態, “Active“ LED 會亮起來。范圍顯示屏 (Range)顯示出轉動鏡是否處于正常工作范圍內。

頂部面板的位置輸出口(Position)是用來幫您觀察監視激光束是否射到探測器上的預定位置的(x 和

y)。


光學組件安裝

光學部件(轉向鏡和探測器)可以根據不同的應用需求按照不同的方法組裝起來。


探測器可直接放設在高反射鏡的后面。該探測器非常敏感,所以高反射鏡后微弱的透射光就足以用來固定激光。這個特性的優點是,用戶不需在現有的光路設施中附加其它部件。除此之外如有需求,也可使用一個分光片或玻璃片把一部分光轉射到探測器上。這一配置適用于光束直徑較大的激光系統, 因為光束直徑太大會導致轉向器限制激光的傳輸。

無論在什么情況下,四象限光電二極管的中心位置應該是所需固定的激光位置。第一轉向器應該放置在激光源的附近或最后一個干擾源的附近。最后一個探測器應放在激光的應用附近。


注意:

整個裝置應該安裝在一個平穩區域。理想情況下,所有的組件都應被固定在光學平臺上。其他附加的定位輔助步驟(如高度調節)等都不應采用。如果激光設備中有振蕩元件,而且其共振頻率在調控頻率帶寬之內,那么,在調控過程中這個元件可能會引起此系統在它的公振頻率上開始振蕩。

下面的圖 8a-e 中顯示了一組可選擇的結構設置。這幾個示例顯示了如何利用四象限光電二極管

(4QDs)來達到四軸控制的設置。若用戶只需雙軸調控系統,調控結構設置同上,只要省略第二個轉向器和第二個 4-QD 即可。


圖 8a  中顯示了典型的四軸調控系統的結構設置,其中要調節的激光首先射到一個轉向鏡上,

然后經過一個由轉向鏡和探測器共同組成的組合設置,激光被射到一個放在光鏡后面的第二探測器上。

 

圖 8b 顯示了類似的結構,其中探測器前多加了一個透鏡,同時還多加一個分光片。這種結構適用于光束直徑較大的激光。

在圖 8c 中,為提高角度分辨率,在探測器 2 的前端多加了一個透鏡 。在這種情況下,透鏡離探測器的距離最hao是透鏡的焦距。焦距選擇的原則應該是;該焦點的直徑(也就是激光光線射到探測器上的直徑)不應太小。激光束達到探測器上時的直徑應>50 微米,以便保證它能射到四象限光電二極管的每個象限。 (象限之間的間距是 30 微米)。

圖 8d 顯示了 8c 的一個變形例,其特征在于,兩個探測器共同放在一個光路反射鏡的后面。在這里一個探測器前放置了一個透鏡,由此光束位置和光束方向都被穩固住了。

最后圖 8e  所示,是另一種結構。前面介紹的四軸系統被轉換成兩個二軸系統。即兩個調控段

用于穩定兩個獨立的激光束。

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安裝順序簡介

在您第一次安裝起動激光穩定系統時,以下步驟將協助您順利完成安裝。 更加全面細致的說明和解釋,請參閱用戶手冊。

 

1)  穩固的組件安裝(轉向鏡和探測器):首先應該把激光射線的位置調到探測器的中心點上。探測器可以直接安置在光鏡后面?;蛘?,激光射線的一微小部分可以通過分光片轉射到探測器上。

2)  電線連接:第一轉向鏡的電線應與第一傳動器輸出口 1 (Actuator 1)連接,第二轉向鏡的電線應與第二傳動器輸出口 2(Actuator 2)連接。第一探測器與第一四象限光電二極管輸入口 1(4QD1) 連接,第二探測器與第二四象限光電二極管輸入口 2(4QD2)連接。

3)電源開關 (在外殼左側):接通電源電線(12V,2A)。啟動系統后控制器正面的四個綠色范圍LEDs(Range)會亮起來。

4)  調試探測器上的信號敏感性:最佳狀態下,設在探測器反面的光強顯示排上的 9 個LEDs 應該亮起。

(為達到這一狀態,可以通過調試轉動探測器中內裝的電位計來達到。如有需要,請使用不同的濾光片)。

 

5)首啟調試:(先不啟動調控段 (Stage1,Stage2)) :把激光射線調試到探測器的中心點上。 在此情況下,位置顯示屏(LED-十字屏)不該有紅色的 LEDs 發亮。

6)方向編碼:打開起動調控段 1(按 Start/Stop-鍵),之后如果范圍 LEDs 中(Range)有紅色 LEDs 亮起來,則應調整改變控制器外殼右側上相應的 x 和y 的方向滑動開關的位置。最理想狀態下,范圍LED(Rang)中只有中間的綠色 LED 燈亮起。

7)  與以上第 6 步的操作相同,可調試調控段 2 的方向編碼。

 

8)  微調調控段 1:微調時兩個調控段都應處關閉狀態,(再次按 Start/Stop 鍵,使 Active 的 LEDs 不再發亮)。然后電線插入控制器正面的方位插座(Position)并與一示波器相連,借助于示波器的圖, 調試轉向鏡,把 x 和y 的值調到接近 0V。

9)  微調調控段 2:調控段 1 處于正常開動狀態(按 Start/Stop 鍵, 使調控段 1 的Active LED 發亮),調

控段 2 仍然關閉著。然后按照第 8 步驟的部分的描述,繼續調試。

 

10)  兩個調控段都被開起,四軸穩定控制系統就可以開始正常工作運行了。


操作性能和安全性能

光強和其位置的顯示

穩定系統中每個四象限光電二極管 (4-QD)的光強, (其光強是所有 4 個象限光強的總和), 是通過一排 LEDs(10 個綠色 LED 顯示燈)標示出來,這排 LED 安裝在與此四象限光電二極管相連接的探測器的背面。同時,激光光束位置是通過一個 LED 十字顯示屏標示出來的。當激光擊中 4-QD 的中心,那么只有位于中央的綠色 LED 發亮。在其它情況下,其它的 LED 也會發亮,請參看類似于圖 9 中的例子。




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圖 9:幾個不同例子來說明激光(橙色斑點)擊到 4-QD 上時,位置顯示屏(LED 十字顯示屏)上所顯示的圖象的意義。左邊的圖像是您從后面通過探測器背面能“看見“的激光束圖象。

如果只有綠色和黃色 LED 指示燈發亮,這時傳感電子件處于線性性能區域,在此情況下測試信號與激光位置之間有一個線性的直接關系。如果還有一個或多個紅色 LED 發亮,那么以上所說的線性關系就不存在了。因為 4-QD 的物理結構在此條件下無法保證這一相關性。

 

 可無級調控的信號放大性能

為方便調試探測器上的光強度信號,每個探測器的側面都配置了一個無級調控電位計,用于調控信號強度的增減。由此,即使激光強度有所變化,用戶無需改換任何光學濾波片。請注意,在此信號放大的最高值是最低值的 10 倍。

 

 激光信號減弱時的零位

如果擊到 4-QD 上的激光強度只有飽和狀態的 10%或以下,(LED 顯示屏上只有一個 LED 亮著), 穩定系統會自動把轉向鏡移回到零位。這樣就確保了,在激光被關閉時或被中斷時,轉動鏡會回到起初的零點位置,那么當激光從新運行時,轉動鏡可從零點位置從新起動。


 

調控延遲

系統中特設一個調控延遲性能。無論激光被關閉或中斷或減弱時,此調節性能先讓轉向鏡回退到零位, 激光系統恢復正常稍后,此性能才啟動激光穩固調控工作。您可以看見: 在以上情況下,Active-

LED 在這延遲過程結束之后才會再亮起。

 

調控狀態(連鎖性能)

在系統處于完quan關閉狀態(斷電)下,系統中的壓電傳動器,由其本身的特性,總會讓轉向鏡轉到一個極端位置上。這一位置與轉動鏡零點位置相差約 0.5 毫弧度(PKS 型號)或 1.0 毫弧度(PSH 型

號)。這個極端位置可能會導致激光的錯誤定位而使整個系統出現故障或帶來損壞。所以為避免以上情況出現,激光穩定系統具有一個 TTL(晶體管邏輯電路)輸出口 (Status,設在外殼左側),它可以用來關閉激光或利用一關閉快門來中斷激光。如果 TTL 的輸出狀態為高時(HIGH),表明調控系統處于工作狀態,轉動鏡處在正確的位置或在零點位置。如果 TTL 的輸出狀態為低時(LOW),表明調控系統處于工作狀態,但轉動鏡的位置不正確。(如果調控系統處于非工作狀態下,TTL 的輸出狀態一直是處于 HIGH)。

 

帶寬轉換

整個系統的調控帶寬可直接影響調控結果的質量。該系統可以在兩個不同帶寬階段進行調控操作。若無其他要求,基本設點是高帶寬段。如果干擾因素來自不穩定的機械結構,特別是當元件的自身共振頻率相互干擾時,則應選擇低帶寬段。帶寬轉換按鈕設在系統外殼上(Bandwidth =帶寬 ,參見圖7,H =高,L =低)。用戶可根據需要對每個控制段分別選擇合適的帶寬段。

注釋:該系統主要調節激光的光質點。隨著光質點的移動穩定系統的調節重心也會移動。這里光質點是由激光橫斷面光強分布情況來確定的。但整個調控過程不改變激光的光強的分布。



用于“緊湊型”系統的探測器組件

我們所有的探測器都是為了與“緊湊型”系統完quan結合而開發的。我們可以為每種應用和激光器提供理想的探測器。我們最常見的型號如下所示。


組件:光電探測器


標準四象限光電探測器

圖 13a 顯示的是探測器的正面,這也是四象限光電二極管的檢測感應區。 圖 13b 顯示的是探測器的背面,這里有由 LED 燈組成的 “十”字顯示燈(激光方位顯示燈);右邊的“1“字顯示燈(激光光強顯示燈);及其幾個插頭(X-, Y- 方位插頭,光強插頭,電源插頭)。關于探測器的其他信息,請參照 4.1.-4.2.


性能數據

標準四象限光電探測器 4QD

光長

320 - 1,100 nm

感應區面積

10 x 10 mm2



 高光強探測器 - 四象限光電二極管可探測光強變化范圍巨大的激光

許多激光系統中的激光光強不是固定的,而且它的變化范圍時常非常大,或者激光光強變化需要有一定模式, 而這個模式變化范圍非常大。新制的高光強探測器有完quan不受光強變化的性能,它的信號感應敏感度完quan能自動調節來配合光強的變化。激光系統的光強變化范圍可以 > 1000 倍,我們的探測設備不會受其影響,也不需添加任何光學濾波片。信噪比(S/N)在整個光強變化范圍內根本無明顯變化。這個型號的探測器使我們的穩定系統的功能達到其最大的準確性,確??蛻舻募す庀到y的運行達到最佳狀態。

優點:

?          激光可變化范圍 / 光強范圍 103

?          信號噪比使用標準四象限光電探測器低



 紅外線-紫外線探測器

對于光長在紅外或紫外的激光系統,我們可提供以下特制四象限光電二極管來滿足不同光線范圍和不同探測感應區面積的需求。性能表如下:

 



性能數據

紫外線 UV 4-QD 3x3

紅外線 IR 4-QD 銦鎵 InGaAs

紅外線 IR 4-QD 鍺Germanium

熱釋電 4-QD Pyroelectric 4-QD

光長

190 - 1,000 nm

900 - 1,700 nm

800 - 2,000 nm

0.1 -3,000 μm

感應區面積

3 x 3 mm2

? = 3 mm

? = 5 mm

9 x 9 mm2



PSD 探測器

作為標準四象限探測器的另一選擇,我們可提供 PSD 探測器。PSD(方位感應器)適合用于以下光長

范圍:

 

 

 

性能數據

PSD

光長

320 - 1,100 nm

感應區面積

9 x 9 mm2


 

PSD 探測器 和標準四象限探測器的區別在于,在 PSD 的整個感應區范圍內,每個點都可被利用為激光穩定點的位置。因為在這個感應區范圍內,電壓和方位成線性比例。也就是說方位的變化也直接是電壓的變化。

利用這一特性,PSD 探測器相比于標準四象限探測器具有一個很大的優點。四象限探測器的激光穩定點一般必須選擇在探測器的中心點,而使用 PSD 時,你可定義 PSD 感應范圍內的任何一點作為激光


 

穩定點。從而簡化了手動調試工作。因為你只需要添加一個簡單的外加電源,輸出一個電壓信號,你可以通過對這個外加電壓高低的調節,輕松地調節或改變方位的位置。由此輕松調節或改變激光穩定點的位置。





光學組件      

 轉動鏡 PKS 型號

相比之下,轉動鏡 PKS 的傾斜角度比 PSH 型號小。它的傾斜角度是 ±0.5 毫弧度。它可使大直徑的激光通過。在粗調轉動鏡的零點位置時,也可由手動調節。 在圖 10 中,顯示了一個 PKS 型號。


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轉向鏡 PKS 型號,配置 1''光鏡。藍箭頭指示 x-和 y-記號。

 

性能數據

PKS

傾斜角度

1 毫弧度 (±   0.5 毫弧度) 光鏡傾斜度, 2 毫弧度 光線傾斜度

粗略調節精確度 (手動調節)

± 2°

壓電疊層

含 2 個壓電疊層

共振頻率

~ 700 赫茲 (1'' 光鏡)

 

1.1.  轉動鏡 PSH 型號

 

性能數據

PSH

傾斜角度

2 毫弧度 (±   1 毫弧度) 光鏡傾斜度, 4 毫弧度 光線傾斜度

粗略調節精確度 (手動調節)

± 5°

壓電疊層

含 2 個壓電疊層

共振頻率

~ 840 赫茲 (1'' 光鏡)


1.1.  轉動鏡 PSH 型號

轉動鏡 PSH 有比較大的傾斜角度。它的傾斜角度是±1 毫弧度。它也可由手動調節。為達到高諧振頻率,這個型號配備了一個強彈簧并附加平衡體來優化效果。標準轉動鏡選用 1''光鏡,但它也可在利用適配器的情況下配備其他較大的光鏡。

 



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轉光鏡 PSH 型號,配置 1''光鏡



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:轉光鏡 PSH 型號, 配置 適配器和 1.5'' 光鏡


注釋:

?壓電傳動器的移動頂板對機械干擾力非常敏感。所以請避免強烈的力或力矩對這個板塊的影響。該壓電疊堆組件緊靠在頂板的后面。

?如果您有必要刪除 1.5’’-適配器,需特別小心。我們可以提供詳細說明和特制工具來幫您正確

操作。


轉動鏡 P4S30 型號

轉動鏡 P4S30 適合用于更大的光鏡系統( 光鏡 > 1'')和更大的傾斜角度。相對于含 2 個壓電疊層的 PKS 和PSH 來說,P4S30 含有 4 個壓電疊層 ,由此整個裝置更加穩固。也因此擁有更高的共振頻率。 因為這個特性,P4S30 能用在帶寬很大的系統當中,另外 P4S30 的傾斜角度更加寬大,它的光鏡傾斜角可達到 ± 2 毫弧度, 也就是說它的光線傾斜度可達 ± 4 毫弧度.

 

性能數據

P4S30

傾斜角度

4 毫弧度 (±   2 毫弧度) 光鏡傾斜度, 8 毫弧度 光線傾斜度

粗略調節精確度 (手動調節)

± 4.5°

壓電疊層

含 4 個壓電疊層

可達到的共振頻率

> 1,200 赫茲 (1'' 光鏡)

~ 300 赫茲 ( 2'' 光鏡)

可達到的穩定帶寬范圍

> 400 赫茲 ( 1'' 光鏡)

> 100 赫茲 ( 2'' 光鏡)




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更多激光組件

激光快門

激光快門系統“Beamblock”專為與光束穩定系統組合而設計,但也可以單獨使用。它由一個激光快門和一個可啟用不同操作模式(外部、確認、手動)的快門控制單元組成。

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除了標準的激光快門,我們還可以提供定制產品。例如,下圖顯示了一個微型快門。如果只有有限的可用空間,則可以使用它


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實時位置檢測器“XY4QD”和“XYPSD”


這些具有集成信號處理功能的探測器以最高的空間和時間分辨率確定激光波動。測量原理允許檢查單個激光脈沖。因此,位置檢測器可實現激光器的表征和質量保證。探測器配備 LED 顯示器,用于顯示功率水平和 x 和 y 位置。


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