簡(jiǎn)潔型激光穩定系統 (轉向鏡,探測器,電子控制系統組成)

有源閉環(huán)控制

模擬系統內核以z低的相移實(shí)現z高的控制性能

無(wú)需數字化步驟的z高分辨率

無(wú)需用戶(hù)交互，無(wú)需計算機

提供 USB 接口（以太網(wǎng)、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(yōu)異的性?xún)r(jià)比

非常精確、快速和可靠的光束對準

主動(dòng)光束位置和光束方向控制

激光束指向補償

精確的運動(dòng)和振動(dòng)控制

自動(dòng)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(xiàn)精度控制

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(guò) USB 運行。作為替代方案，也可以使用以太網(wǎng)或 RS-232。相關(guān)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(shí)時(shí)顯示，并包括一些控制穩定系統的功能。

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

安裝和調試操作

簡(jiǎn)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(gè)型號用于有兩個(gè)探測器和兩個(gè)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(gè)調控段可以分別用開(kāi)關(guān)鍵獨立地開(kāi)起或關(guān)閉

（Start/Stop）。若您按開(kāi)關(guān)鍵（Start/Stop），那么這個(gè)調控段便處于開(kāi)起狀態(tài)，此鍵的右上角上的小LED 會(huì )發(fā)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(shí)，調控段才會(huì )處于調控狀態(tài)， “Active“ LED 會(huì )亮起來(lái)。范圍顯示屏 （Range）顯示出轉動(dòng)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(lái)幫您觀(guān)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(xué)組件安裝

光學(xué)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(lái)。

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(lái)固定激光。這個(gè)特性的優(yōu)點(diǎn)是，用戶(hù)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(gè)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(huì )導致轉向器限制激光的傳輸。

無(wú)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。優(yōu)秀轉向器應該放置在激光源的附近或最后一個(gè)干擾源的附近。最后一個(gè)探測器應放在激光的應用附近。

注意：

整個(gè)裝置應該安裝在一個(gè)平穩區域。理想情況下，所有的組件都應被固定在光學(xué)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(guò)程中這個(gè)元件可能會(huì )引起此系統在它的公振頻率上開(kāi)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(gè)示例顯示了如何利用四象限光電二極管

（4QDs）來(lái)達到四軸控制的設置。若用戶(hù)只需雙軸調控系統，調控結構設置同上，只要省略第二個(gè)轉向器和第二個(gè) 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Shou先射到一個(gè)轉向鏡上，

然后經(jīng)過(guò)一個(gè)由轉向鏡和探測器共同組成的組合設置，激光被射到一個(gè)放在光鏡后面的第二探測器上。

圖 8b 顯示了類(lèi)似的結構，其中探測器前多加了一個(gè)透鏡，同時(shí)還多加一個(gè)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(gè)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(diǎn)的直徑（也就是激光光線(xiàn)射到探測器上的直徑）不應太小。激光束達到探測器上時(shí)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(gè)象限。 （象限之間的間距是 30 微米）。

圖 8d 顯示了 8c 的一個(gè)變形例，其特征在于，兩個(gè)探測器共同放在一個(gè)光路反射鏡的后面。在這里一個(gè)探測器前放置了一個(gè)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(gè)二軸系統。即兩個(gè)調控段

用于穩定兩個(gè)獨立的激光束。

安裝順序簡(jiǎn)介

在您優(yōu)秀次安裝起動(dòng)激光穩定系統時(shí)，以下步驟將協(xié)助您順利完成安裝。 更加quan面細致的說(shuō)明和解釋?zhuān)垍㈤営脩?hù)手冊。

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

2)  電線(xiàn)連接：優(yōu)秀轉向鏡的電線(xiàn)應與優(yōu)秀傳動(dòng)器輸出口 1 （Actuator 1）連接，第二轉向鏡的電線(xiàn)應與第二傳動(dòng)器輸出口 2（Actuator 2）連接。優(yōu)秀探測器與優(yōu)秀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(kāi)關(guān) (在外殼左側)：接通電源電線(xiàn)（12V，2A）。啟動(dòng)系統后控制器正面的四個(gè)綠色范圍LEDs（Range）會(huì )亮起來(lái)。

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

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

5)Shou啟調試：（先不啟動(dòng)調控段 （Stage1，Stage2）） ：把激光射線(xiàn)調試到探測器的中心點(diǎn)上。 在此情況下，位置顯示屏（LED-十字屏）不該有紅色的 LEDs 發(fā)亮。

6)方向編碼：打開(kāi)起動(dòng)調控段 1（按 Start/Stop-鍵），之后如果范圍 LEDs 中（Range）有紅色 LEDs 亮起來(lái)，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(dòng)開(kāi)關(guān)的位置。理想狀態(tài)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(shí)兩個(gè)調控段都應處關(guān)閉狀態(tài)，（再次按 Start/Stop 鍵，使 Active 的 LEDs 不再發(fā)亮）。然后電線(xiàn)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(kāi)動(dòng)狀態(tài)（按 Start/Stop 鍵, 使調控段 1 的Active LED 發(fā)亮），調

控段 2 仍然關(guān)閉著(zhù)。然后按照第 8 步驟的部分的描述，繼續調試。

10)  兩個(gè)調控段都被開(kāi)起，四軸穩定控制系統就可以開(kāi)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(gè)四象限光電二極管 （4-QD）的光強, （其光強是所有 4 個(gè)象限光強的總和）， 是通過(guò)一排 LEDs（10 個(gè)綠色 LED 顯示燈）標示出來(lái)，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(shí)，激光光束位置是通過(guò)一個(gè) LED 十字顯示屏標示出來(lái)的。當激光擊中 4-QD 的中心，那么只有位于**的綠色 LED 發(fā)亮。在其它情況下，其它的 LED 也會(huì )發(fā)亮，請參看類(lèi)似于圖 9 中的例子。

圖 9：幾個(gè)不同例子來(lái)說(shuō)明激光（橙色斑點(diǎn)）擊到 4-QD 上時(shí)，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(guò)探測器背面能“看見(jiàn)“的激光束圖象。

如果只有綠色和黃色 LED 指示燈發(fā)亮，這時(shí)傳感電子件處于線(xiàn)性性能區域，在此情況下測試信號與激光位置之間有一個(gè)線(xiàn)性的直接關(guān)系。如果還有一個(gè)或多個(gè)紅色 LED 發(fā)亮，那么以上所說(shuō)的線(xiàn)性關(guān)系就不存在了。因為 4-QD 的物理結構在此條件下無(wú)法保證這一相關(guān)性。

 可無(wú)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(gè)探測器的側面都配置了一個(gè)無(wú)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(hù)無(wú)需改換任何光學(xué)濾波片。請注意，在此信號放大的z高值是z低值的 10 倍。

 激光信號減弱時(shí)的零位

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

調控延遲

系統中特設一個(gè)調控延遲性能。無(wú)論激光被關(guān)閉或中斷或減弱時(shí)，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(dòng)激光穩固調控工作。您可以看見(jiàn)： 在以上情況下，Active-

LED 在這延遲過(guò)程結束之后才會(huì )再亮起。

調控狀態(tài)（連鎖性能）

在系統處于完quan關(guān)閉狀態(tài)（斷電）下，系統中的壓電傳動(dòng)器，由其本身的特性，總會(huì )讓轉向鏡轉到一個(gè)極位置上。這一位置與轉動(dòng)鏡零點(diǎn)位置相差約 0.5 毫弧度（PKS 型號）或 1.0 毫弧度（PSH 型

號）。這個(gè)極位置可能會(huì )導致激光的錯誤定位而使整個(gè)系統出現故障或帶來(lái)?yè)p壞。所以為避免以上情況出現，激光穩定系統具有一個(gè) TTL（晶體管邏輯電路）輸出口 （Status，設在外殼左側），它可以用來(lái)關(guān)閉激光或利用一關(guān)閉快門(mén)來(lái)中斷激光。如果 TTL 的輸出狀態(tài)為高時(shí)（HIGH），表明調控系統處于工作狀態(tài)，轉動(dòng)鏡處在正確的位置或在零點(diǎn)位置。如果 TTL 的輸出狀態(tài)為低時(shí)（LOW），表明調控系統處于工作狀態(tài)，但轉動(dòng)鏡的位置不正確。（如果調控系統處于非工作狀態(tài)下，TTL 的輸出狀態(tài)一直是處于 HIGH）。

帶寬轉換

整個(gè)系統的調控帶寬可直接影響調控結果的質(zhì)量。該系統可以在兩個(gè)不同帶寬階段進(jìn)行調控操作。若無(wú)其他要求，基本設點(diǎn)是高帶寬段。如果干擾因素來(lái)自不穩定的機械結構，te別是當元件的自身共振頻率相互干擾時(shí)，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(jiàn)圖7，H =高，L =低）。用戶(hù)可根據需要對每個(gè)控制段分別選擇合適的帶寬段。

注釋?zhuān)涸撓到y主要調節激光的光質(zhì)點(diǎn)。隨著(zhù)光質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)穩定系統的調節重心也會(huì )移動(dòng)。這里光質(zhì)點(diǎn)是由激光橫斷面光強分布情況來(lái)確定的。但整個(gè)調控過(guò)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(kāi)發(fā)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(jiàn)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(gè)插頭（X－， Y－ 方位插頭，光強插頭，電源插頭）。關(guān)于探測器的其他信息，請參照 4.1.-4.2.

 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(shí)常非常大，或者激光光強變化需要有一定模式， 而這個(gè)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(dòng)調節來(lái)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(huì )受其影響，也不需添加任何光學(xué)濾波片。信噪比（S/N）在整個(gè)光強變化范圍內根本無(wú)明顯變化。這個(gè)型號的探測器使我們的穩定系統的功能達到其Max. 的準確性，確?？蛻?hù)的激光系統的運行達到z佳狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)：

•          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(xiàn)-紫外線(xiàn)探測器

對于光長(cháng)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(lái)滿(mǎn)足不同光線(xiàn)范圍和不同探測感應區面積的需求。性能表如下：

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(cháng)

范圍：

PSD 探測器 和標準四象限探測器的區別在于，在 PSD 的整個(gè)感應區范圍內，每個(gè)點(diǎn)都可被利用為激光穩定點(diǎn)的位置。因為在這個(gè)感應區范圍內，電壓和方位成線(xiàn)性比例。也就是說(shuō)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(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。四象限探測器的激光穩定點(diǎn)一般必須選擇在探測器的中心點(diǎn)，而使用 PSD 時(shí)，你可定義 PSD 感應范圍內的任何一點(diǎn)作為激光

穩定點(diǎn)。從而簡(jiǎn)化了手動(dòng)調試工作。因為你只需要添加一個(gè)簡(jiǎn)單的外加電源，輸出一個(gè)電壓信號，你可以通過(guò)對這個(gè)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(diǎn)的位置。

光學(xué)組件      

 轉動(dòng)鏡 PKS 型號

相比之下，轉動(dòng)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(guò)。在粗調轉動(dòng)鏡的零點(diǎn)位置時(shí)，也可由手動(dòng)調節。 在圖 10 中，顯示了一個(gè) PKS 型號。

轉向鏡 PKS 型號，配置 1''光鏡。藍箭頭指示 x-和 y-記號。

1.1.  轉動(dòng)鏡 PSH 型號

1.1.  轉動(dòng)鏡 PSH 型號

轉動(dòng)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(dòng)調節。為達到高諧振頻率，這個(gè)型號配備了一個(gè)強彈簧并附加平衡體來(lái)優(yōu)化效果。標準轉動(dòng)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。

轉光鏡 PSH 型號，配置 1''光鏡

:轉光鏡 PSH 型號， 配置 適配器和 1.5'' 光鏡

注釋:

•壓電傳動(dòng)器的移動(dòng)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(gè)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te別小心。我們可以提供詳細說(shuō)明和特制工具來(lái)幫您正確

操作。

轉動(dòng)鏡 P4S30 型號

轉動(dòng)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(gè)壓電疊層的 PKS 和PSH 來(lái)說(shuō)，P4S30 含有 4 個(gè)壓電疊層 ,由此整個(gè)裝置更加穩固。也因此擁有更高的共振頻率。 因為這個(gè)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(shuō)它的光線(xiàn)傾斜度可達 ± 4 毫弧度.

更多激光組件

激光快門(mén)

激光快門(mén)系統“Beamblock"專(zhuān)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(gè)激光快門(mén)和一個(gè)可啟用不同操作模式（外部、確認、手動(dòng)）的快門(mén)控制單元組成。

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

實(shí)時(shí)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z高的空間和時(shí)間分辨率確定激光波動(dòng)。測量原理允許檢查單個(gè)激光脈沖。因此，位置檢測器可實(shí)現激光器的表征和質(zhì)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。