Необходимое расстояние между двумя управляющими лазерным лучом зеркалами
Требуемое расстояние между двумя управляющими зеркалами зависит от наклона луча, отраженного от первого зеркала, и разницы в высоте между двумя зеркалами. Знание необходимого расстояния может быть решающим при выделении места для установки на макетной плате или оптическом столе.
Отражение лазерного луча между зеркалами
Хоть и кажется, что проще выполнить быстрый расчет, используя только регулятор отклонения вдоль продольной оси первого зеркала по отношению к падающему лучу, исключение регулирования вдоль поперечной оси может привести к значительному занижению необходимого расстояния между зеркалами. В следующем примере расстояние вычисляется с использованием предположения, что все крепление вращается вокруг оси стойки для обеспечения поперечного отклонения, в то время как регулятор крепления обеспечивает отклонения вдоль продольной оси. Этот подход часто используется для первоначального позиционирования зеркал.
Два варианта регулировки отклонения зеркала в креплении
Применение регулировки отклонения вдоль продольной и поперечной осей
Позиционирование зеркал, управляющих положением луча, обычно представляет собой двухэтапный процесс. Сначала зеркала устанавливаются на свои места и приблизительно ориентируются, затем их ориентация точно настраивается.
В этом примере рассматривается первый шаг и предполагается, что для регулировки отклонений в двух плоскостях используются разные методы. Поскольку требуемый угол отклонения часто оказывается слишком большим, чтобы его мог обеспечить регулятор крепления зеркала, настройка часто обеспечивается за счет вращения всего крепления вокруг оси стойки. Это изменяет угол падающего луча по отношению к креплению. Хотя регулятор поперечного отклонения крепления не используется, используется регулятор продольного отклонения зеркала. Это изменяет ориентацию зеркала по отношению как к падающему лучу, так и к остальной части крепления.
Ориентация зеркала обычно настраивается с помощью регуляторов угла наклона оправы без поворота оправы вокруг оси стойки. Использование обоих регуляторов по-разному влияет на ориентацию зеркала.
Точки на отраженном луче
Центр первого зеркала выбран в качестве начала фиксированной декартовой системы координат. Ось Z направлена назад к источнику и параллельна падающему лучу. Ось Y вертикальна и перпендикулярна столу.
Когда углы поворота вокруг стойки и оси X' известны (и θ, соответственно), точки (X2, Y2, Z2) вдоль отраженного луча могут быть вычислены с помощью некоторой матричной системы:
Переменная A является коэффициентом масштабирования: чем больше его значение, тем больше расстояние между точкой и зеркалом. В этом примере изменение высоты (Y2) известно и используется для вычисления значений X2 и Z2.
Пример: настройка управления зеркалами
Эти уравнения могут быть полезны при размещении пары управляющих зеркал, которые используются для изменения высоты и направления луча. Центр первого зеркала устанавливается на высоте падающего луча, а центр второго зеркала устанавливается на высоте нового пути распространения луча. Второе зеркало должно перехватывать отраженный луч, когда его высота равна высоте нового луча.
В этом примере оба луча параллельны оптическому столу, но новый луч на 0,5 дюйма ниже падающего луча. Зеркала закреплены в кинематических опорах KM100, которые прикреплены к вершинам стоек, закрепленных в держателях. Каждый из регуляторов наклона имеет ограниченный диапазон настройки ±4°, что достаточно для установки начального угла наклона, но не отклонения зеркала. Вместо этого изменяется наклон между падающим лучом и зеркалом путем вращения всего крепления вокруг оси стойки, что эффективно устраняет ограничение диапазона настройки наклона.
Потенциальные координаты X2 и Z2 второго зеркала показаны на рисунке для различных углов отклонения первого зеркала. Эти значения были рассчитаны с использованием желаемого изменения высоты новой траектории луча (Y2 = -0,5 дюйма) и максимального угла наклона (θ = 4°). Хотя крепление обеспечивает этот максимальный диапазон, следует обратить внимание, что использование меньшего наклона лучше. Меньшие углы обеспечивают диапазон для выполнения последующих точных регулировок, а также лучшую стабильность. Эффект сохранения Y2 = -0,5 дюйма, уменьшает угол наклона до 1°.
Графики зависимости угла отклонения зеркала от расстояния
На рисунке показаны координаты X2 и Z2 второго зеркала в виде положений на оптическом столе. Перспектива – из точки прямо над столом, положение первого зеркала отмечено звездой, а серые круги (направляющие для глаза) концентричны вокруг него. Стрелки указывают выбранные направления отраженного луча, каждое из которых соответствует разному углу отклонения. Кривые, обозначенные в легенде, были рассчитаны для различных углов наклона и постоянного изменения высоты луча равной -0,5 дюйма. Сравнение кривых с серыми кружками показывает, что необходимое расстояние между двумя зеркалами значительно увеличивается с увеличением угла отклонения.
Схема расположения второго зеркала в зависимости от угла отклонения луча
