激光器自动对准技术：功率光谱的创新应用

来自 实验室仪器网

在高精度光学系统中，对准不是可选的；这是必不可少的。即使是微小的变化也会影响性能，尤其是在光谱学中，激光必须精确聚焦才能检测化学特征。如果没有这一关键要求，被测信号的信噪比就会很差。这可能会导致弱峰或错过峰值，从而导致数据分析得出错误或不完整的结论。认识到这一挑战，科研人员开发了一种智能算法，可以自动执行激光对准过程。激光器的自动对准可节省时间，并在人类进入受限或危险的环境中实现性能。

该算法在几天内就被概念化，并且需要几周的时间来实施和测试。在转换为可执行格式以与LabVIEW集成后，它被部署为与ISI的气体拉曼光谱仪一起运行。它的工作是自动将激光器重新对准到最高光功率点，无需人工输入。

光谱仪可以通过使用压电致动器移动透镜来对准，透镜又将相对于空心光纤的激光光斑引导到可以最大化激光功率的位置。这是使用功率计来识别的。对准光谱仪的标准方法是在光纤横截面的整个视场上执行光栅扫描，从而绘制出整个激光功率“景观”，以确定最佳对准位置。

光栅扫描方法虽然有效，但速度慢得令人望而却步。因此，从可持续性的角度来看，需要另一种对齐算法。这种新算法经过集思广益，科研人员从最初的概念中产生了一种既快速又高效的新颖几何形状。

该算法被设计为足够稳健，即使在较低功率水平下发现的背景噪声使信号检测具有挑战性时也能运行，包括一个后备策略，如果系统找不到明确的最大值，它会将激光“分流”到新区域并重新开始。这使我们能够在更复杂或更退化的环境中运营。

该算法可以简洁地概括为从初始起点执行“锯齿形”模式，在水平（X）和垂直（Y）移动之间交替，因为它试图在激光功率景观中“上坡”移动到目标功率水平。实施冗余以处理极端错位的情况，否则算法将无法在分配的时间限制内对齐。这是通过将激光“分流”到新位置来实现的，使其能够摆脱局部最大值并再次开始锯齿形模式。

每次激活激光时，都会重复对准算法，快速将光谱仪重新对准到最佳水平，因为激光功率的自然漂移在短时间间隔内最小。

与栅格扫描相比，量化该算法节省的时间具有挑战性。理论上，任何一种算法都可以从最佳功率开始，从而使这种比较变得毫无意义。然而，平均而言，这种新算法的对准速度比标准光栅扫描快得多，因为它的大部分运动都是朝着更高的激光功率方向移动的。相反，光栅扫描必须仔细移动到每个位置，直到达到最佳点。因此，它所做的许多运动可能会低效地移动到比以前更低的激光功率。

ISI在危险环境中部署拉曼光谱方面经验丰富。自动对准算法的显着优势之一是无需手动调整即可运行，非常适合在危险环境中进行远程部署。

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