本发明涉及激光光学，具体为一种用于激光实验的实时光束位置显示系统。
背景技术：
1、在传统光学实验中光线的空间分布信息难以通过人眼去有效观测；例如在可见光实验中，在光线传播时如若没有大量的可作用物产生丁达尔效应，例如小液滴与小颗粒等物质产生丁达尔效应，将会使得实验人员无法直观得知光线传播路径，必须借助于插入式光学校准板去截断后续光束传播，才得以观察光束所作用的点位，重复上述操作，通过人为的对空间切片叠加信息的处理，才可粗略得知光线的传播路径信息；但采用上述操作步骤使得整个光学实验效率较低且精准度较差。
2、而目前基于激光的光学实验的大部分光束通属于紫外线与红外光线，而这些光线本身就是不可见光，无法通过人眼直观的观测，将大大增加了推测计算光线传播路径的难度，因此在目前实验需要借助使用带有荧光效应的光学校准板或是不可见光观测仪去对不可见光光束的光学传播路径进行观测，整个操作效率低下且精准度较差；
3、基于上述描述，传统激光光学实验中对未调制矫正的激光光束的实时光路变化难以进行检测和观察，且传统激光光学实验中缺少一种对不可见光的直观观测手段或系统。
技术实现思路
1、针对现有技术不足，本发明提供了一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，为解决传统激光光学实验过程中对未调制矫正的激光光束的实时光路变化难以进行检测观察且传统激光光学实验中缺少一种对不可见光的直观观测手段的问题。
2、为达到上述目的，本发明提供了一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，包括激光发射模块、传感透镜模块、光电信号转换模块、精密机械调节模块和信号模块；
3、所述激光发射模块用以生成激光光束并射出激光光束；
4、所述传感透镜模块包括特制透镜组，所述特制透镜组包括两个相对设置在精密机械调节模块上的特制透镜，所述特制透镜由两层相互正交的光纤分布网嵌入宽波段普通透镜制成，两层相互正交的所述光纤分布网分别为x轴光纤网和y轴光纤网，所述x轴光纤网由若干x轴光纤组成，所述y轴光纤网由若干y轴光纤组成，所述x轴光纤和y轴光纤均加工形成有若干点位作用腔，所述x轴光纤上的点位作用腔用以在激光光束透射至该点位作用腔时将部分光反射进x轴光纤纤芯中使x轴光纤纤芯传导x轴光信号，所述y轴光纤上的点位作用腔用以在激光光束透射至该点位作用腔时将部分光反射进y轴光纤纤芯中使y轴光纤纤芯传导y轴光信号，若干所述x轴光纤组合连接形成有用于将x轴光信号传输给光电信号转换模块的x轴光纤簇，若干所述y轴光纤组合连接形成有用于将y轴光信号传输给光电信号转换模块的y轴光纤簇；
5、所述光电信号转换模块包括用于接收x轴光信号和y轴光信号并将其转换成电信号的线性光电探测器、用于接收电信号并放大电信号的电信号放大器和用于接收经放大的电信号对其进行信息处理并读取坐标生成坐标信息的位置信息处理器；
6、所述精密机械调节模块包括用于与特制透镜组联动配合以调节特制透镜组相对高度的升降组件和用于与两个特制透镜联动配合以调节两个特制透镜之间间距的调节组件；
7、所述信号模块包括用于接收坐标信息和距离信息并将其进行整合以绘制成光学原理图像信息的计算机和用于接收坐标信息、距离信息和光学原理图像信息并实时显示的显示屏。
8、采用上述技术方案有益的是：在激光光学实验前，通过精密机械调节模块对传感透镜模块进行调节，即通过升降组件来调节特质透镜组与外界实验台面的相对高度，通过调节组件调节两个特质透镜组之间的间距，以使激光发射模块生成的激光光束能够透射至特质透镜中；在激光光学实验时，通过启动激光发射模块生成激光光束，激光光束透射至特质透镜中，当激光光束透射经过单个或多个点位作用腔时，经透射的点位作用腔会将有一部分能量的光反射进对应的光纤纤芯中，即当激光光束所透射的是x轴光纤上的点位作用腔，该点位作用腔将一部分能量的光反射进x轴光纤的纤芯中使x轴光纤纤芯传导x轴光信号，x轴光信号经x轴光纤簇传输给光电信号转换模块，光电信号转换模块中的线性光电探测器将x轴光信号转换成对应的电信号，即转换成x轴电信号，通过电信号放大器将x轴电信号放大并传输给位置信息处理器，位置信息处理器接收经放大的x轴电信号对其进行信息处理并读取x轴电信号中所包含的坐标，通过该坐标生成坐标信息并传输给计算机，计算机为现有技术中的智能工控设备，计算机接收坐标信息并基于光学原理绘制图像，该光学原理绘制图像以及坐标信息均实时显示在显示器上，显示器为现有技术中的可呈现图像和影像的智能显示设备，以直观的方式展示光束位置信息、光束偏移量、光束传播信息等其他衍生信息，以便实验人员对光束进行调节矫正等一系列操作；基于上述操作步骤，y轴坐标信息生成方式与x轴坐标信息生成方式一致设置；上述技术中在光纤分布时，点位作用腔的分布均朝向激光光束照射而来的正面方向，以便激光光束透射至特质透镜时能够第一时间与对应的点位作用腔配合；上述技术中x轴光纤网和y轴光纤网的密度至少保持至每毫米有一根光纤，以保证最基础对作用激光光束光斑大小的分辨率，在实际实验或应用中可根据实验需求增大光纤网密度以提高系统分辨率；通过上述技术的设置使得在激光相关实验过程中对未调制矫正的激光光束进行实时光路变化的监测观察，方便实验人员校准工作，同时使得在光学实验中光线的空间分布信息可进行实时观测，使得实验人员可直观得知光线传播路径，无需借助插入式光学校准板来截断后续光束传播或通过大量的可作用无产生丁达尔效应，即本技术的设置可观察光束所作用的点位，无需大量可作用物或人工的对空间切片进行信息处理，就可得知光线的传播路径信息；同时激光的光学实验大部分属于紫外线与红外光线，这类光线为不可见光，而通过本技术的设置使得不可见光也可被实验人员实时监测和观测到光学传播路径，无需使用带有荧光效应的光学校准板或不可见光观测仪，即本技术提供了一种对不可见光的直观观测手段。
9、本发明进一步设置：所述x轴光纤上的若干点位作用腔位置与y轴光纤上的若干点位作用腔位置一一对应设置。
10、采用上述技术方案有益的是：上述技术中x轴光纤上的若干点位作用腔位置与y轴光纤上的若干点位作用腔位置一一对应设置，即在x轴光纤网与y轴光纤网相正交设置的基础上，x轴光纤上的每个点位作用腔均对应有一个y轴光纤的点位作用腔，使得x轴光纤的作用点位与y轴光纤的作用点位近似场合，使得在光束通过统一位置时，该点位将同时传导该光束的x方向与y方向的坐标信息，且使得坐标信息与光束是透射过的点位有限性的呈一对一对应关系。
11、本发明进一步设置：所述点位作用腔经激光刻蚀加工制成，所述x轴光纤上的若干点位作用腔和y轴光纤上的若干点位作用腔均呈栅状分布设置。
12、采用上述技术方案有益的是：上述技术中点位作用腔经激光刻蚀加工制成，且x轴光纤上的若干点位作用腔和y轴光纤上的若干点位作用腔均呈栅状分布设置，通过该技术设置，使特制透镜的接收光束平面上作用点位分布均匀，提高光束传感的精确性，使光纤光栅密度和光纤分布密度相互配合，以此体现整体传感系统的分辨率。
13、本发明进一步设置：每个所述点位作用腔中均加工形成有倾斜角度范围为40-50度的光滑斜面，所述光滑斜面为光线分束面。
14、采用上述技术方案有益的是：上述技术中点位作用腔经加工形成有倾斜角度范围为40-50度的光滑斜面，且该光滑斜面为光线分束面，通过该光线分束面使得更广倾斜角度范围的激光光束透射至点位作用腔时通过光线分束面能够很好的将带有一定能量的光反射进光线纤芯中，以确保光反射的角度范围和反射效率。
15、本发明进一步设置：所述精密机械调节模块包括光学导轨和两个镜架，两个所述特制透镜分设安装在两个镜架上，两个所述镜架与光学导轨之间沿光学导轨长度方向滑动连接有导轨滑块，所述导轨滑块与光学导轨之间可拆卸连接有用于将导轨滑块固定在光学导轨上的连接件。
16、采用上述技术方案有益的是：在需要调节两个特质透镜之间间距时可通过滑动导轨滑块实现镜架在光学导轨上的移位，以此实现两个特质透镜的聚拢或远离，以此通过调节特质透镜之间间距以适应不同空间大小的激光实验区间；上述技术中在导轨滑块滑动至指定位置后可通过连接件将导轨滑块固定在光学导轨上，以此实现镜架的固定；上述技术中连接件为现有技术，其可以为插销或螺栓等固定零件，因此对其不再过多赘述。
17、本发明进一步设置：所述传感透镜模块包括超声波距离传感器和超声波反射板，所述超声波距离传感器和超声波反射板分设在两个镜架上，所述超声波距离传感器和超声波反射板相对且对齐设置。
18、采用上述技术方案有益的是：上述技术中通过超声波距离传感器和超声波反射板的组合配合来测量两个特质透镜之间的距离并产生距离信息，该距离信息传输给计算器以此生成光束空间传播分布信息，即在一定延长范围内的光束传播信息；上述技术中超声波距离传感器和超声波反射板均为现有技术，因此对两者功能和结构不再过多赘述。
19、本发明进一步设置：所述镜架与导轨滑块之间连接有电动升降杆，所述电动升降杆输出轴与镜架底壁连接设置且其外周壁上沿电动升降杆高度方向开设有刻度，所述电动升降杆即为升降组件。
20、采用上述技术方案有益的是：上述技术中通过电动升降杆实现镜架与光学导轨之间相对高度的调节，即变相的调节特质透镜与光学导轨之间的相对高度，以便特质透镜能够正确接收激光光束；上述技术中刻度的设置便于实验人员在调节激光高度时准确测量预定的激光高度，即在激光高度调节后通过调节特质透镜与光学导轨之间的相对高度来准确测量预定的激光高度，以便特质透镜能够正确接收激光光束；上述技术中电动升降杆为现有技术，其具备带动与其连接的结构进行升降的功能，其可根据实际运用需求更替为电动推杆等具备相同功能的部件，因其为现有技术，因此不再过多赘述。
21、本发明进一步设置：两个所述镜架之间连接有用于使两个特制透镜同轴对齐的连接轴，所述镜架上对应连接轴位置开设有穿孔，所述穿孔与连接轴之间设置有固定连接轴的紧固件。
22、采用上述技术方案有益的是：上述技术中连接轴的设置用以保证两个特质透镜的同轴度，同时在两个镜架相对聚拢或远离时仍能通过连接轴保证同轴度，且在两个镜架间距调节后，通过紧固件实现连接轴在两个镜架之间的固定和与两个镜架的稳定连接，进而实现镜架在光学导轨上的稳定和确保两个镜架的同轴度。
1.一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：包括激光发射模块、传感透镜模块、光电信号转换模块、精密机械调节模块和信号模块；
2.根据权利要求1所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：所述x轴光纤上的若干点位作用腔位置与y轴光纤上的若干点位作用腔位置一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：所述点位作用腔经激光刻蚀加工制成，所述x轴光纤上的若干点位作用腔和y轴光纤上的若干点位作用腔均呈栅状分布设置。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：每个所述点位作用腔中均加工形成有倾斜角度范围为40-50度的光滑斜面，所述光滑斜面为光线分束面。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：所述精密机械调节模块包括光学导轨和两个镜架，两个所述特制透镜分设安装在两个镜架上，两个所述镜架与光学导轨之间沿光学导轨长度方向滑动连接有导轨滑块，所述导轨滑块与光学导轨之间可拆卸连接有用于将导轨滑块固定在光学导轨上的连接件。
6.根据权利要求5所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：所述传感透镜模块包括超声波距离传感器和超声波反射板，所述超声波距离传感器和超声波反射板分设在两个镜架上，所述超声波距离传感器和超声波反射板相对且对齐设置。
7.根据权利要求5所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：所述镜架与导轨滑块之间连接有电动升降杆，所述电动升降杆输出轴与镜架底壁连接设置且其外周壁上沿电动升降杆高度方向开设有刻度，所述电动升降杆即为升降组件。
8.根据权利要求5所述的一种用于激光实验的实时光束位置显示系统，其特征在于：两个所述镜架之间连接有用于使两个特制透镜同轴对齐的连接轴，所述镜架上对应连接轴位置开设有穿孔，所述穿孔与连接轴之间设置有固定连接轴的紧固件。
