專利名稱：棱鏡擴束器裝調儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及棱鏡擴束器，特別是一種棱鏡擴束器裝調儀，主要適用于棱鏡擴束器中棱鏡入射角度的標定。
背景技術：
棱鏡擴束器具有結構緊湊、對準簡單、成本低廉和色差最小化的優點。其最重要的應用是對入射到光柵之前的光斑進行一維擴束和準直，在降低光束發散角的同時減小光束的能量密度。在高增益激光腔內，這種擴束器和光柵組合使用的裝置可有效地壓窄激光光譜線寬，并且激光效率的損失很小。因此，棱鏡擴束器廣泛用于染料脈沖激光器和準分子激光器的光譜線寬壓窄模塊中(參見文獻M.J.Algots, R.A.Bergstedt, ff.D.Gillespie, et.al., “Line narrowing module,，，US7366219(2008))。為了得到較小的激光線寬，通常需要增加擴束倍率。而棱鏡擴束器的擴束倍率與棱鏡個數和每個棱鏡的入射角度相關(參見文獻“張海波，袁志軍，周軍，董景星，魏運榮，樓祺洪，窄線寬準分子激光腔內棱鏡擴束器的優化設計，中國激光38，1102008 (2011) ”)。一方面，棱鏡的入射角度嚴重影響擴束器的擴束倍率，為了保證擴束器中的擴束倍率和輸出激光線寬，需要準確地標定每個棱鏡的入射角度。單個棱鏡的入射角度的標定相對簡單，而對棱鏡擴束器中多個相鄰棱鏡的入射角進行準確的標定是個有待解決的技術問題。另一方面，棱鏡減反膜僅在較窄的入射角范圍內才有較好的減反效果，為了提高鍍膜棱鏡的光束透射率，降低激光腔內的損耗，需要將棱鏡入射角與棱鏡透射峰對應的角度吻合，這也需要對棱鏡入射角進行準確的標定。此外，棱鏡的俯仰影響著激光器的輸出能量，為了提高激光效率，在棱鏡擴束器的 裝調過程中還要保證每個棱鏡的俯仰一致，確保棱鏡入射面與入射光束垂直。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種棱鏡擴束器裝調儀，該棱鏡擴束器裝調儀可精確地標定棱鏡的入射角度、保證棱鏡擴束器總的擴束倍率和棱鏡的平行度。本實用新型的技術解決方案如下:一種棱鏡擴束器裝調儀，由光源、載物臺、精密轉臺、支柱、二維行程平臺、第一直角曲桿、指示光源、第二直角曲桿、濾光片、光電探測器和電腦組成，上述各元件的位置關系如下:所述的精密轉臺固定在所述的載物臺的中心位置，所述的二維行程平臺通過所述的支柱固定并位于所述的載物臺的正上方，所述的第一直角曲桿豎直端固定在所述的載物臺上，所述的指示光源固定在所述的第一直角曲桿的水平端的頂端，所述的指示光源發射的指示光束垂直向下并與所述的精密轉臺的轉軸共線；所述的第二直角曲桿的水平端固定在所述的精密轉臺的轉動臺面上，所述的濾光片和光電探測器固定在所述的第二直角曲桿的豎直端的頂端，所述的濾光片和光電探測器通過所述的第二直角曲桿隨所述的精密轉臺同軸轉動；所述的電腦通過所述的精密轉臺的控制器驅動精密轉臺轉動。所述的光源和所述的濾光片和光電探測器的中心高度一致。所述的光源為準分子激光器、燃料激光器或氦氖激光器。所述的精密轉臺包含控制器和驅動軟件。所述的支柱的數量至少為2，以確保所述的二維行程平臺的可靠性。所述的二維行程平臺在XY平面可調，并能保證棱鏡擴束器中每個棱鏡的入射面均能與所述的指示光源發射的光束相交。所述的第一直角曲桿的豎直高度可調。所述的指示光源為可見的準直點光源。所述的第二直角曲桿為倒置L型。其水平方向和豎直方向的長度可調，水平方向和豎直方向的最短長度可使所述的濾光片和光電探測器能夠90度可轉而不與所述的支柱和二維行程平臺相交。所述的濾光片和光電探測器與光源的波長關聯，根據入射到光電探測器的激光波長更換相應透射波長的濾光片，以保持入射到光電探測器的激光波長相匹配。所述的光電探測器為光電二極管或CCD探測器。利用上述棱鏡擴束器裝調儀進行棱鏡擴束器的裝調方法，包括下列步驟:①固定裝配板并調節 示光源:將待裝配的棱鏡擴束器的裝配板固定在所述的二維行程平臺上，調節第一直角曲桿的高度使指示光源略高于待裝配的棱鏡；②確定未偏折光源光束方向:放置第i個棱鏡前，其中i為正整數，調節第二直角曲桿、驅動精密轉臺使所述的光電探測器與所述的光源發射的光束共軸，并使光源光束垂直地入射到所述的濾光片和光電探測器，記錄精密轉臺此時的角度βη ;③調節棱鏡轉軸與指示光束共軸:根據棱鏡擴束器的布局，將第i個棱鏡放置在裝配板上，調節所述的二維行程平臺使指示光源發射的指示光束位于光源發出的光束或第1-Ι個棱鏡的出射光束與第i個棱鏡的入射面的水平交界線中心位置；④確定偏折光源光束方向:調節第二直角曲桿水平和豎直方向的長度，確保轉動過程中所述的第二直角曲桿不與支柱相交，所述的電腦發出指令驅動精密轉臺將濾光片和光電探測器轉動，使所述的濾光片和光電探測器正對從所述的第i個棱鏡的出射光束，并記錄角度β i2，鎖定精密轉臺；利用關系式計算第i個棱鏡入射角為Θ i的偏折角:Yi =
β 2-β π ;⑤轉動棱鏡確定目標入射角Θ 1:以指示光源發射的指示光束為軸轉動第i個棱鏡，使第i個棱鏡的出射光束正入射到濾光片和光電探測器；判斷光源光束垂直入射到濾光片的方法是，光源光束入射到濾光片(9)會有部分反射光，如果反射光斑能沿著入射光束原路返回，則證明光源光束是正入射到濾光片和光電探測器，此時光源光束的入射角即為目標入射角Qi ;⑥固定棱鏡:利用壓條將第i個棱鏡固定在裝配板上；⑦第i個棱鏡的出射光束即作為第i + Ι個棱鏡的入射光束，重復步驟② ⑥標定和固定第i+Ι個棱鏡；⑧直至棱鏡擴束器的每個棱鏡按照目標入射角度裝配完畢。本實用新型的技術效果:[0028]本實用新型可實現對擴束器中多個棱鏡依次實現入射角的標定。確定目標入射角、棱鏡幾何形狀、入射波長對應的棱鏡材料的折射率即可利用軟件算出棱鏡偏折角，根據偏折角來驅動精密轉臺轉動光電探測器確定光束入射棱鏡前后的位置，然后轉動棱鏡使其出射光束垂直地入射到光電探測器即可實現入射角度的精確標定。本實用新型采用指示光源來標定光束與棱鏡入射面的交點，保證了光電探測器轉動前后的轉軸一致，從而保證了實際轉動角度與設計偏折角一致。采用濾光片不僅能提高光電探測器的信噪比，而且通過觀測入射到濾光片的反射光束的方向來確定擴束光斑的入射方向，只有反射光斑與入射光斑重合時擴束光束和光電探測器才共軸，從而提高入射角標定的準確度。所述的光電探測器與光源的中心高度是一致，經過棱鏡擴束后的光束入射到光電探測器的位置高低可檢測棱鏡的俯仰，光束入射到每個棱鏡前后的光束均到達光電探測器的中心。本實用新型不僅可保證棱鏡擴束器的擴束倍率，而且能夠獲得較好的棱鏡平行度。
圖1為本實用新型棱鏡擴束器裝調儀的結構原理圖。圖2為本實用新型中精密旋臺與直角曲桿和支柱之間位置關系實例俯視圖。圖3為光源光束·在棱鏡中傳輸光路圖。圖4為棱鏡入射角與擴束倍率的關系曲線。
具體實施方式
請參閱圖1，圖1是本實用新型棱鏡擴束器裝調儀的結構原理圖。由圖可見，本實用新型棱鏡擴束器裝調儀，由光源1、載物臺2、精密轉臺3、支柱4、二維行程平臺5、第一直角曲桿6、指示光源7、第二直角曲桿8、濾光片9、光電探測器10和電腦11組成，上述各元件的位置關系如下:所述的精密轉臺3固定在所述的載物臺2的中心位置，所述的二維行程平臺5通過所述的支柱4固定并位于所述的載物臺2的正上方，所述的第一直角曲桿6的豎直端固定在所述的載物臺2上，所述的指示光源7固定在所述的第一直角曲桿6的水平端的頂端，所述的指示光源7發射的指示光束垂直向下并與所述的精密轉臺3的轉軸共線；所述的第二直角曲桿8的水平端固定在所述的精密轉臺3的轉動臺面上，所述的濾光片9和光電探測器10固定在所述的第二直角曲桿8的豎直端的頂端，所述的濾光片9和光電探測器10通過所述的第二直角曲桿8隨所述的精密轉臺3同軸轉動；所述的電腦11通過所述的精密轉臺3的控制器驅動精密轉臺轉動。所述的光源I和所述的濾光片9和光電探測器10的中心高度一致。所述的光源I為準分子激光器、燃料激光器或氦氖激光器。所述的精密轉臺3包含控制器和驅動軟件。所述的支柱4的數量至少為2，以確保所述的二維行程平臺5的可靠性。所述的二維行程平臺5在XY平面可調，并能保證棱鏡擴束器中每個棱鏡的入射面均能與所述的指示光源7發射的指示光束相交。所述的第一直角曲桿6的豎直桿高度可調。所述的指示光源7為可見的準直點光源。所述的第二直角曲桿8為倒置L型。其水平桿和豎直桿的長度可調，水平方向和豎直方向的最短長度可使所述的濾光片9和光電探測器10能夠360度可轉而不與所述的支柱4和二維行程平臺5相交。所述的濾光片9和與光源I的波長關聯，根據入射到光電探測器10的激光波長更換相應透射波長的濾光片。所述的光電探測器10為光電二極管或(XD，并且其窗口處有一光闌。請參閱圖3，光源I發出的光束在棱鏡擴束器中第i個棱鏡內傳輸軌跡，根據幾何光學可知
權利要求1.一種棱鏡擴束器裝調儀，由光源(I)、載物臺(2)、精密轉臺(3)、支柱(4)、二維行程平臺(5)、第一直角曲桿(6)、指示光源(7)、第二直角曲桿(8)、濾光片(9)、光電探測器(10)和電腦(11)組成，上述各元件的位置關系如下: 所述的精密轉臺(3)固定在所述的載物臺(2)的中心位置，所述的二維行程平臺(5)通過所述的支柱(4)固定并位于所述的載物臺(2)的正上方，所述的第一直角曲桿(6)的豎直端固定在所述的載物臺(2)上，所述的指示光源(7)固定在所述的第一直角曲桿(6)的水平端的頂端，該指示光源(7)發射的指示光束垂直向下并與所述的精密轉臺(3)的轉軸共線；所述的第二直角曲桿(8)的水平端固定在所述的精密轉臺(3)的轉動臺面上，所述的濾光片(9)和光電探測器(10)固定在所述的第二直角曲桿(8)的豎直端的頂端，所述的濾光片(9)和光電探測器(10)通過所述的第二直角曲桿(8)隨所述的精密轉臺(3)同軸轉動；所述的電腦(11)通過所述的精密轉臺(3)的控制器驅動精密轉臺轉動； 所述的光源(I)和所述的濾光片(9)和光電探測器(10)的中心高度一致。
2.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的光源(I)為準分子激光器、燃料激光器或氦氖激光器。
3.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的支柱(4)的數量至少為2，以確保所述的二維行程平臺(5)的可靠性。
4.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的二維行程平臺(5)在XY平面可調，以保證待裝配的棱鏡擴束器中每個棱鏡的入射面均能與所述的指示光源(7)發射的指示光束相交。
5.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的第一直角曲桿(6)的垂直高度可調。·
6.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的指示光源(7)為可見的準直點光源。
7.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的第二直角曲桿(8)為倒置L型，其水平方向和豎直方向的長度可調，水平方向和豎直方向的最短長度可使所述的濾光片(9)和光電探測器(10)能夠90度可轉而不與所述的支柱(4)和二維行程平臺(5)相交。
8.根據權利要求1所述的棱鏡擴束器裝調儀，其特征在于所述的濾光片(9)和光電探測器(10)與光源(I)的波長關聯，以保持入射到光電探測器(10)的激光波長相匹配，所述的光電探測器(10)為光電二極管或CCD探測器。
專利摘要一種棱鏡擴束器裝調儀，棱鏡擴束器裝調儀由光源、載物臺、精密轉臺、支柱、二維行程平臺、第一直角曲桿、指示光源、第二直角曲桿、濾光片、光電探測器和電腦組成。采用本實用新型棱鏡擴束器裝調儀進行棱鏡擴束器的裝調，可精確地標定棱鏡的入射角度、保證棱鏡擴束器總的擴束倍率和棱鏡的平行度。本實用新型可精確的裝調棱鏡擴束器。
文檔編號G02B27/62GK203133407SQ20122074097
公開日2013年8月14日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者張海波, 袁志軍, 周軍, 魏運榮, 姜麗媛, 耿立明 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所