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激光束-真空導光管自動對準與穩定裝置(真空激光束線穩定係統)

發布時間:2017-09-22 11:32:58 瀏覽量:5762

摘要

上海昊量光電提供的的激光束指向和位置穩定係統Auligna System可以為(wei) 激光束貫穿真空導光管的任務提供最完美的解決(jue) 方案。通過

遠程控製Auligna60電動反射鏡,可以高精度的保持和調整真空管內(nei) 部的折疊反射鏡。然後控製電路自動掃描每一個(ge) 反射鏡,整個(ge) 過程

快速而簡單。模塊化的控製電路可以控製任意數量的電動反射鏡滿足最複雜光路需要。

正文



激光源與(yu) 實驗平台完全分離

在加速器物理中,使用所謂的束線將粒子束傳(chuan) 輸到不同的實驗平台。這些長程,堅固,管狀束線平直度要求極高,以避免高能粒子束與(yu) 管壁發生碰撞。由於(yu) 激光器在黑暗束管中完美直線傳(chuan) 輸,我們(men) 使用激光器對齊束線。

激光光束也可以作為(wei) 實驗一部分影響粒子束或產(chan) 生自由電子。這時,激光實驗室需要裝配一台高功率短脈衝(chong) 激光器。這個(ge) 激光實驗室通常和束線是分離的,不僅(jin) 因為(wei) 一個(ge) 激光實驗室要服務多個(ge) 實驗,而且由於(yu) 建築布局的約束,放射性束線要布置在不同的建築層。

這種布局就導致激光束從(cong) 激光室到實驗室要經過長距離傳(chuan) 輸。為(wei) 了預防影響光束指向和輪廓的空氣波動,傳(chuan) 輸過程要被放置在長程真空管中。


激光束穿過真空導光管

我們(men) 首先考慮一個(ge) 直管的簡單情況。這時,通過真空管傳(chuan) 輸的激光束有四個(ge) 自由度問題:光束必須打到導光管入口與(yu) 出口的正確位置(x,y)。或者說,我們(men) 可以說是正確的入口位置與(yu) 入射角度。因此,我們(men) 的激光束指向和位置穩定係統Auligna System,因其可以嚴(yan) 格獨立的進行角度和位置的穩定,可以很好的国产成人在线观看免费网站於(yu) 導光管的光束穿入。


上圖展示了工作原理:兩(liang) 個(ge) 快反鏡被放置在真空管前的光束中。它們(men) 可以被用於(yu) 任意設置光束打入真空管的位置和角度。在真空管的入口處,安裝了一個(ge) AimPD探測器。在這個(ge) 最簡單的結構中,AimPD由兩(liang) 個(ge) 安裝在管口左右邊緣的PD探測器組成。現在我們(men) 可以掃描光束位置,直到有光打到AimPD的PD探測器上,然後將位置點設置在兩(liang) 個(ge) PD的中心。利用這種方式,我們(men) 找到的入口中心。

下一步,為(wei) 了找到平行於(yu) 真空管的方向,特別是貫穿真空管中心線的特定角度,我們(men) 要在這個(ge) 中心點位置掃描光束角度。為(wei) 了得到反饋信號,我們(men) 在真空管後放置一個(ge) PSD探測器,或者一個(ge) 代表真空管出光口中心的附加PD探測器。

通過這種方式,使用兩(liang) 個(ge) 快反鏡自動掃描幾分鍾之內(nei) 就可以得到穿過真空管的好結果。上圖顯示真空管後放置了第三個(ge) 快反鏡,用以穩定光束。原則上來說,真空管前的兩(liang) 個(ge) 快反鏡能夠進行4D穩定,但是第二個(ge) 快反鏡與(yu) PSD探測器間距離太長,導致反饋調整效果下降。因此,一旦掃描完成,第二個(ge) 快反鏡(圖中所示M3)保持它的位置不變,由M1和M2執行穩定過程。

在更複雜的裝置中,激光導光管不是直線式的,為(wei) 了通過不同的建築層,必須進行轉角。

如下圖所示,激光室與(yu) 實驗室是分開的(通常在束線開始或末尾的位置)。這兩(liang) 個(ge) 位置由真空管連接,和直線真空管不同,它含有數個(ge) 轉角。在每一個(ge) 轉角處,都安裝有一個(ge) 45度可調節折疊反射鏡。現在,想要保證激光束貫穿真空管,就要調整每一個(ge) 反射鏡,以便光束打到下一個(ge) 反射鏡的中心。假設真空管共有四個(ge) 轉角,實驗者不得不準直5個(ge) 反射鏡(4個(ge) 轉彎處和真空管前各1個(ge) ),也就是說共需要調整10個(ge) 螺杆。這裏主要問題在於(yu) 管道是全封閉真空的。因此需要電控反射鏡,更關(guan) 鍵的是,需要一些反饋信號確認鏡子是否調整到位。如果沒有反饋,每個(ge) 反射鏡就會(hui) 盲目的掃描,直到激光從(cong) 真空管中導出。對於(yu) 10個(ge) 調整螺杆來說,假設每個(ge) 螺杆調整範圍內(nei) 的掃描時間為(wei) 5-10秒,那麽(me) 整個(ge) 過程就需要5^10秒,大概100天左右。每個(ge) 反射鏡都輸出反饋信號(包括真空光後的附加探測信號),掃描隻需要5*5^2秒,大概2分鍾左右。


上海昊量光電提供的的激光束指向和位置穩定係統Auligna System可以為(wei) 激光束貫穿真空導光管的任務提供最完美的解決(jue) 方案。通過遠程控製Auligna60電動反射鏡,可以高精度的保持和調整真空管內(nei) 部的折疊反射鏡。然後控製電路自動掃描每一個(ge) 反射鏡,整個(ge) 過程快速而簡單。模塊化的控製電路可以控製任意數量的電動反射鏡滿足最複雜光路需要。

     
    
 
為(wei) 了提供反饋信號,在折疊反射鏡的中心位置附近安裝一個(ge) 簡單的PD探測器,泄露光束穿過反射鏡打到探測器上。當探測光電流最高時,認為(wei) 激光束達到了反射鏡近似中心位置。現在Auligna控製電路控製一個(ge) 電動反射鏡掃描下一個(ge) 反射鏡的表麵,記錄它的PD探測信號。一旦找到最大的PD探測信號,第一個(ge) 反射鏡相應調整,程序繼續掃描下一對反射鏡,直到光束從(cong) 真空導光管中傳(chuan) 出。

掃描截屏如下圖所示。在掃描區域中間,清晰的顯示出PD峰值響應。大的橢圓顯示為(wei) 反射鏡的邊緣,這部分是雜散光被PD探測到的響應信號。


光束穩定

一旦光束貫穿真空導光管,它的指向性依然受製於(yu) 偏移和快速抖動。這些偏移和抖動來自於(yu) 空氣擾動,激光係統的機械振動和指向偏移,並被長光程放大。

估算舉(ju) 例:想象一束激光束光程100m,激光束全天的角偏移量為(wei) 50urad。在光程的末端,一個(ge) 看起來很小的角度抖動就能引起5mm的位置誤差。這顯然超出了任何光學裝置的容忍值。由於(yu) PSD芯片的分辨率極高(大概芯片邊長的1/100000),Auligna係統可以輕鬆將漂移降低到1um以下。

若要聚焦到角探測器上,需要使用一個(ge) 長焦距透鏡(>1m),因為(wei) 較大的角度波動會(hui) 導致光束無法通過導光管,因此對長光程国产成人在线观看免费网站來說,就需要更高的角度分辨率。

 
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