Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0760122B2 - 光音響式ビーム位置検出方法 - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0760122B2 - 光音響式ビーム位置検出方法 - Google Patents

光音響式ビーム位置検出方法

Info

Publication number
JPH0760122B2
JPH0760122B2 JP2077615A JP7761590A JPH0760122B2 JP H0760122 B2 JPH0760122 B2 JP H0760122B2 JP 2077615 A JP2077615 A JP 2077615A JP 7761590 A JP7761590 A JP 7761590A JP H0760122 B2 JPH0760122 B2 JP H0760122B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
photoacoustic
laser
detected
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2077615A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03276034A (ja
Inventor
英夫 田代
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RIKEN
Original Assignee
RIKEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RIKEN filed Critical RIKEN
Priority to JP2077615A priority Critical patent/JPH0760122B2/ja
Publication of JPH03276034A publication Critical patent/JPH03276034A/ja
Publication of JPH0760122B2 publication Critical patent/JPH0760122B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザーを用いた光学システムにおける光学
機器のビーム位置の調整に係わり、特に、ミラー、レン
ズ等の光学素子に発生する光音響を利用してビームの位
置検出を行う光音響式ビーム位置検出方法に関する。
(従来技術) 各種レーザーシステムでは、レーザービームを所望の作
業位置に導くため、ミラー、レンズ、偏光板等の光学素
子が光路内に設けられている。このような光学システム
では、効果的に光学機器を機能させるため、目的に応じ
た機器の調整が必要であり、それに伴うビームの位置検
出作業が欠かせない。一般的なビーム位置検出方法に
は、感熱紙やアクリル板にビームパターンを焼き付けて
可視化する簡易的な方法のほか、リニアアレイや四象限
検出器をビーム光路に挿入して定量的に計測する方法が
用いられている。
一方、密閉容器内の試料に断続光を照射すると光音響効
果による弾性波が発生することが知られており、既に、
光音響を利用した各種計測器が開発されている。例え
ば、高出力レーザー用ミラーの耐力を向上させる目的
で、光学薄膜の微小吸収エネルギー量と光音響信号の強
度が比例することから、光音響効果によるレーザー損傷
を計測する方法が報告されている(植田、萩原、他2
名:レーザー研究,第15巻,第1号,p22−p25,Jan.,(1
987))。また、固体の変形および破壊に伴って解放さ
れるエネルギーが音響パルス(超音波)として伝播する
のを捕捉して、被測定材料の欠陥部位を検出するAE(Ac
oustic Emission)測定装置が市販されている。
(発明が解決しようとする課題) 本発明者は、赤外長波長域のラマンレーザー発振を得る
ため、一対の対向する銅製の全反射ミラーから成るマル
チビームラマン変換器を開発し、特開平1−102985号に
提案した。前記ラマン変換器では、所望のラマン変換媒
質長を獲得する必要があり、ミラー面上の所定の位置に
正確にビームを案内してビーム反射回数を確保しなけれ
ばならない。従って、高精度なビーム位置検出とその調
整が重要な作業となっていた。
このようなビームの照射位置合わせ作業において、ビー
ム位置検出器を光路に挿入したのでは逐一ビームを遮断
するため、多くの調整時間を必要とするばかりでなく、
CO2レーザーのように不可視光の場合には、危険を伴う
ものであった。また、ハーフミラーでビームを分岐させ
て位置検出を行う間接法の場合には、ビーム強度を減衰
させる問題があり、装置を簡素化し、レーザーシステム
の自動制御を実現するためには障害となっていた。
そこで、本発明者は、ミラーにパルスレーザーが照射さ
れると、全反射ミラーであってもミラー内部に光音響効
果による弾性波が発生し得ることに着目し、その伝播時
間を光音響検出素子を用いて観測することにより、ビー
ムの伝播を妨げることなくミラー面上に照射されたビー
ム位置を検出できることを見い出した。
本発明は、レーザー自体やレーザービーム伝播システム
の制御に有効な光音響を用いたビームの入射位置検出方
法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記の課題は、ミラー、レンズ等の光学素子に照射され
たパルスレーザービームにより発生する光音響効果に伴
う弾性波の信号波形からその伝播時間を検出して、光学
素子面内のビーム位置を検出する本発明によって解決す
ることができる。
具体的には、弾性波発生直前に出力させたトリガー信号
と検出したた弾性波信号の第1、第2または第3のピー
クのいずれかの伝播時間からパルスレーザービームの位
置を検出する方法によって解決することができる。また
光学素子、例えばミラー、プリズム、偏光板等の外周に
光音響検出手段を配置して、発生した弾性波をデジタル
波形分析器、タイムインターバルカウンタ等を用いて信
号処理することによりビームの位置を検出することがで
きる。
(作用) 例えば、ミラー面にパルスレーザー光が照射された時、
まず、表面で光エネルギーの一部が吸収されて熱エネル
ギーに変換され、ミラー面は膨張して歪み、弾性波が発
生する。発生した弾性波は縦波(P波)と横波(S
波)、更に表面波としてミラー中を伝播する。レーザー
パルスの立ち上がり時間が音響パルス幅より十分短いと
すると、最大の進行速度をもつP波の伝播時間とその距
離が比例することになる。従って、前記発生したP波を
ミラーの裏面に取り付けた単数または複数のセンサーで
伝播時間を検出し、材料に固有のP波の伝播速度からミ
ラー面上のビームの位置を検出することができる。
(発明の効果) 本発明によれば、ビーム光路内に他の検出器を挿入する
ことなく、既に設けられているミラー等の光学素子の側
面や背面に弾性波を検出する検出器を取り付け、ビーム
光路を遮断することなく、また、ビーム出力を減衰させ
ることなく照射ビームの位置を検出することができる。
従って、光学システム内の各光学素子に対して所望のビ
ーム位置精度で照射するように各素子に設けられた駆動
装置を作動して自動制御することができる。
(実施例) 以下に本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
第1図は、本発明を実施するための装置全体の構成図で
ある。CO2レーザー発振器10から出射されたレーザービ
ームは、KCl半透ミラー11を透過して、ビームパターン
の整形とビーム径の変更が可能な絞り12を通過した後、
本発明を実施する直径70mm、厚さ10mmの銅製全反射ミラ
ー13に到達する。ミラー13の背面には弾性波を検出する
2個のアコーステックエミッション測定用センサー(PZ
T圧電センサー、共振周波数180KHz)14、14′を絶縁性
の接着剤で固定する。前記KCl半透ミラー11で分岐され
たビームはフォトンドラック検出器17によってレーザー
パルスの発生が検出され、デジタルオッシロスコープの
ためのトリガー信号となる。背面に第1のセンサー14と
第2のセンサー14′が固定されたミラーの鏡面に直径約
15mmのパルス状ビームを照射し、ミラー材料内に伝播す
る弾性波を検出する。検出された信号はAE増幅器(周波
数特性50KHz〜2MHz)15、15′で増幅された後、弾性波
を表示するデジタルオシロスコープ16に導入される。デ
ィスプレイ8ビット、インピーダンス50Ωでセッティン
グされたデジタルオシロスコープには、レーザー発振器
のジッター(放電トリガーパルスに対するレーザーパル
スの発生時間のゆらぎ)による弾性波伝播時間のゆらぎ
を無くすためにレーザー光をトリガーとして用いてい
る。
第2図は、第1図のミラー13が取り付けられたミラース
タンドの正面図(A)と側面図(B)である。前記ミラ
ースタンドには、スライド式ステージ20が設けられ、つ
まみ21の回転によってミラーがX軸上を移動し入射ビー
ムの位置をミラー面上で移動できる。
以下に、1個のセンサーを用いて照射ビームの位置を一
次元的に検出する方法を説明する。
第3図は第2図(A)において、照射ビームの位置をa
に固定してセンサー14のみを動作させて得られた弾性波
信号の波形である。パルスレーザーの照射により、検出
初期の第1のピーク、第2のピーク、第3のピーク
、第4のピーク付近まではほぼ安定した波形が見ら
れるが、時間の経過と共に波形はミラーの外周面で反射
された弾性波が干渉して乱されていることがわかる。こ
こで、第2図(A)のステージ20をX軸上で移動して照
射ビームの位置とセンサー14との距離を5mm〜45mmで変
化させて各ピークの到達時間の測定結果を第4図に示
す。第1のピークから第3ピークまではビーム位置とセ
ンサーの位置が変化しても到達時間はほぼ安定して検出
されているが、第4のピークでは大きく変動している。
このことから、パルスレザー照射初期の第1のピーク
、第2のピーク、あるいは第3のピークを採用
し、レーザー照射直前に出力させたトリガー信号との
経過時間ΔTにより、照射ビームの位置を求めることが
できる。つまり、ミラー材料の弾性波伝播速度が一定で
あればトリガー信号と各ピーク位置までの到達時間ΔT
から一義的にセンサーとビーム間の距離を求めることが
できる。従って、2個以上、好ましくは3個以上のセン
サーを用いれば2次元上のビーム位置を検出できる。
次に、第1図に示す2個のセンサー14、14′を動作して
照射ビームの位置を検出する方法を説明する。第2図
(A)において、照射ビームの位置をセンサー14側にず
らした位置bで検出した弾性波形図を第5図に示す。同
図において、ビームの位置に対して2つのセンサーの距
離が異なるので、波形は大きくずれており、各ピーク位
置の到達時間に差がみられる。しかし、第1のピーク
、第2のピークの波形はほぼ一定している。ここ
で、検出信号のそれぞれの第2のピークを取り、トリ
ガー信号からの伝播時間ΔT1、ΔT2を求め、これにミラ
ー材料の伝播速度を乗じ、ビーム位置までの距離L1、L2
が求められる。次に第1、第2のセンサーの位置から半
径L1、L2で描かれた円弧の交点からビーム位置が求ま
る。
しかし、センサーを対称の位置に配置したのでは、第6
図に示すようにビーム位置cがY軸上にずれているとき
は半径L1、L2の円弧の交点が2箇所得られ、ビーム位置
を確定することができない。従って、2個のセンサーの
設置条件を180°以内に配置することにより、センサー
の内側に半径L1、L2で描かれる交点が1つ求まり、ビー
ム位置を検出することができる。更に、3個以上のセン
サーを配置することにより、二次元的位置を高精度に検
出できることは自明である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するための装置全体の構成図、 第2図は、本発明を実施したミラー及びミラースタンド
の構成を示し、同図(A)は正面図、同図(B)は側面
図、 第3図は、第2図(A)のビーム位置aで1個のセンサ
ーで検出した弾性波形図、 第4図は、第3図の弾性波形図の第1から第4ピークに
ついてビーム位置を移動させて検出した伝播特性図、 第5図は、第2図(A)のビーム位置bで2個のセンサ
ーにより検出された弾性波形図、 第6図は、2個のセンサーによる位置検出方法の説明図
である。 (符号の説明) 10……レーザー発振図、11……KCl半透ミラー、12……
絞り、13……ミラー、14,14′……光音響検出センサ
ー、15,15′……AE増幅器、16……デジタルオッシロス
コープ、17……フォトンドラック検出器、20……ステー
ジ、21……つまみ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学素子に少なくとも一個の光音響検出手
    段を配置し、 照射位置を検出しようとするパルスレーザービームを前
    記の光学素子に照射して弾性波を発生させ、そして 前記のパルスレーザービームの照射時点を基準として、
    前記の光音響検出手段により検出した前記の弾性波の第
    1、第2もしくは第3のピークのいずれかの検出時点ま
    での経過時間を求め、レーザービームの照射位置を検出
    する ことを特徴とする光音響式ビーム位置検出法。
JP2077615A 1990-03-27 1990-03-27 光音響式ビーム位置検出方法 Expired - Fee Related JPH0760122B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2077615A JPH0760122B2 (ja) 1990-03-27 1990-03-27 光音響式ビーム位置検出方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2077615A JPH0760122B2 (ja) 1990-03-27 1990-03-27 光音響式ビーム位置検出方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03276034A JPH03276034A (ja) 1991-12-06
JPH0760122B2 true JPH0760122B2 (ja) 1995-06-28

Family

ID=13638821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2077615A Expired - Fee Related JPH0760122B2 (ja) 1990-03-27 1990-03-27 光音響式ビーム位置検出方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0760122B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105790046B (zh) * 2016-05-30 2018-08-28 重庆理工大学 一种脉冲激光器输出脉冲能量稳定性的检测与评估方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8412832D0 (en) * 1984-05-18 1984-06-27 Weerasinghe V M Power meters for electromagnetic radiation

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03276034A (ja) 1991-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5942834B2 (ja) ドプラ−レ−ダ装置
JPH03162645A (ja) 非接触オンライン形紙強度測定装置
ES2403687T3 (es) Sistema de ensayo por ultrasonidos
CA2810630C (en) Measuring apparatus and measuring method for metallic microstructures or material properties
CN1137371C (zh) 短脉冲激光超声精确测厚方法及装置
KR100496826B1 (ko) 비접촉식 결정입경 측정장치 및 방법
JP2001272259A (ja) 流量計
JP2002257793A (ja) レーザ超音波検査装置
JP2587732B2 (ja) レーザー光の位置検出方法
JPH0760122B2 (ja) 光音響式ビーム位置検出方法
US6445457B1 (en) Laser detection of material thickness
JPH0760123B2 (ja) 光音響式ビーム位置調整法
JP3294148B2 (ja) レーザ超音波探傷装置
KR20050022585A (ko) 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템
JP4471714B2 (ja) 結晶粒径分布測定方法および装置
US5042302A (en) Phase-accurate imaging and measuring of elastic wave fields with a laser probe
IL209276A (en) Hollow core waveguide for ultrasonic laser production
KR100733539B1 (ko) 레이저를 이용한 고온 측정 대상물의 초음파 측정장치 및방법
CN113358577A (zh) 一种用于确定激光超声信号起点的电磁波方法
JPH0526655A (ja) 膜厚測定方法及び装置
Lu et al. A new detection technique for laser-generated Rayleigh wave pulses
JPH05149931A (ja) 音速・密度測定方法及び装置
KR100951233B1 (ko) 결정립 형상비 측정장치 및 방법
RU1793347C (ru) Система дл исследовани теплофизических свойств твердых материалов
WO2002103347A2 (en) Grain-size measurement

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees