CN102053447A - 一种带有波长显示功能的co2激光器波长调谐装置 - Google Patents

Abstract

一种带有波长显示功能的CO₂激光器波长调谐装置，属于激光技术领域中涉及的一种激光器波长调谐装置。要解决的技术问题是提供一种带有波长显示功能的CO₂激光器波长调谐装置。技术方案包括转台、光栅支架、光栅、第一、二平面反射镜、反射镜支架、可见光半导体激光器、光敏开关、光敏开关支架、导线、波长显示面板、指示灯、CO₂激光器放电管。将光栅和第一平面反射镜通过支架成一定角度固定在转台上，使光栅的反射工作面与第一平面反射镜的反射工作面的交线垂直于转台工作面并与转台轴线共轴；在转台上固定装有可见光半导体激光器，它与光敏开关，指示灯通过导线连接，构成激光输出波长的标定与显示系统。增强了CO₂激光器的实用性。

Description

一种带有波长显示功能的CO2激光器波长调谐装置 

技术领域

本发明属于激光技术领域中涉及的一种带有波长显示功能的CO₂激光器波长调谐装置。 

背景技术

CO₂激光器具有非常丰富的输出谱线，目前已观察到的谱线达到200多条，覆盖范围9μm～11μm。尽管CO₂分子有如此大量的谱线，但由于CO₂激光器中存在转动谱线的竞争效应，通常只有1～3条谱线输出。而9μm～11μm均处于光束传输的大气窗口，因此在激光测距、测速、成像雷达、环境探测及空间通讯等激光器的实际应用方面具有极为广阔的前景。这些应用中往往需要CO₂激光器具有输出波长可调谐的功能，从而使波长调谐技术也成为CO₂激光器的一项关键技术。 

目前，CO₂激光器波长调谐的一种方法是光栅调谐法，即利用光栅替代通常激光器光学谐振腔中的输出镜实现激光振荡，通过光栅的旋转达到波长选择的目的。但此时激光输出的方向也将随光栅的旋转而变化，给激光器的应用带来许多不便，为此科技工作者也利用光学的角反射器原理实现激光器定向定位输出。此方法设计时均采用转台式设计，如图1所示，即光栅1和反射镜2安装在同一个转台3上，并使光栅1的表面与平面反射镜2的交线与转台3同轴，本发明就是基于这一原理设计的一个CO₂激光器输出波长调谐装置。在实际中对该装置的基本要求是波长调谐精度高、激光束方向位置稳定、使用方 便、可靠性好。 

与本发明最为接近的已有技术是复旦大学的罗龙根等人提出的，发表于《应用激光》1990年第4期，如图2所示，包括第一平面反射镜4、转台底板5、第二平面反射镜6、光栅7、压电陶瓷8、绝缘平板9、金属支架10和转台11。该装置也是应用光学角反射器原理设计的，可实现CO₂激光器波长的调谐和定向定位输出，但该装置没有激光器输出波长的实时显示功能，结构的稳定性较差，难以满足激光器的实际使用要求。 

发明内容

为克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提高激光输出波长的稳定性，增加输出波长的实时显示功能，满足可调谐CO₂激光器实际应用的需要，特设计一种带有波长显示功能的CO₂激光器波长调谐装置。 

本发明要解决的技术问题是：提供一种带有波长显示功能的CO₂激光器波长调谐装置。解决技术问题的技术方案如图3所示，包括转台12、光栅支架13、光栅14、第一平面反射镜15、反射镜支架16、可见光半导体激光器17、光敏开关18、光敏开关支架19、导线20、波长显示面板21、指示灯22、CO₂激光器放电管23、第二平面反射镜24。 

转台12为精密转台，光栅支架13和反射镜支架16通过螺栓固定在转台12上，使光栅支架13的工作面和反射镜支架16的工作面垂直于转台12的工作面，并使光栅支架13的工作面与反射镜支架 16的工作面之间形成固定的夹角；光栅14为平面反射式光栅，其刻线走向与转台12的转轴平行，通过光栅14的背面固定安装在光栅支架13的工作面上；第一平面反射镜15通过它的背面固定安装在反射镜支架16的工作面上，因为光栅支架13的工作面与反射镜支架16的工作面之间的夹角固定，所以光栅14的反射工作面与第一平面反射镜15的反射工作面之间的夹角也是固定的，且两个反射工作面的交线垂直于转台12的工作面并与转台12的轴线共轴，构成了角反射器；CO₂激光器放电管23的光轴通过光栅14反射工作面的中心，从光栅14的反射工作面反射出来的CO₂激光束，即CO₂激光束的零级衍射光，射向第一平面反射镜15的反射工作面上，在第一平面反射镜15反射出的CO₂激光束的零级衍射光的光轴上置有第二平面反射镜24，第二平面反射镜24的反射面与来自第一平面反射镜15的反射CO₂激光束的零级衍射光的光轴成一定的角度安装；在转台12上位于反射镜支架16的外侧，固定装有水平放置的可见光半导体激光器17，在可见光半导体激光器17发射激光的光轴上置有固定在光敏开关支架19上的与光轴垂直的由单个光敏开关18排成一排的光敏开关组，由一排单个光敏开关18组成的光敏开关组通过导线20与固定在波长显示面板21上的一排指示灯22连接；可见光半导体激光器17、光敏开关18、波长显示面板21及固定在波长显示面板21上的一排指示灯22构成了激光输出波长的标定与显示系统。 

工作原理说明：本装置在使用前需要对装置进行调整，对激光输出波长进行调谐，对激光器的输出波长进行标定。该调整是在光学谐 振腔参数确定的基础上进行的，并于激光管安装后进行，其要求是获得激光器输出功率的最大值和保证激光束方向与位置的稳定性。 

1)装置的安装调整 

光栅的调整：将光栅支架13固定在转台12上，用螺栓将其与光栅14连接，使光栅14反射工作面与转台12的工作面大致垂直；将一束与激光器放电管23共轴的可见光(采用He-Ne激光器或半导体激光器)照射到光栅14的中心，调整光栅支架13的俯仰角及光栅14相对于光栅支架13的角度(同时利用螺栓保持两者的禁锢)，使旋转转台12时光栅14反射的各级次光斑均处于同一水平面上，并通过入射光的位置，此时光栅的刻线与转台的轴线平行。 

角反射器的调整：将第一平面反射镜15固定在反射镜支架16上，并将反射镜支架16固定在转台12上，利用上述方法将第一平面反射镜15调至与可见光激光束垂直；反复调整光栅支架13和反射镜支架16的水平方向旋扭，使经第一平面反射镜15反射的零级光位置不变，此时光栅14的反射工作面与第一平面反射镜15的反射工作面形成的平面相交于转台12的轴线上，即完成角反射器的调整。 

2)激光输出波长的调谐 

本发明装置是利用光栅14与激光器放电管23尾部的全反射镜组成的光学谐振腔形成激光器振荡的，光栅14的工作方式为一级振荡、零级输出，根据利特罗(Littrow)自准直条件下的光栅方程(2dsinα＝mλ)可计算出不同输出波长对应的光栅14反射工作面与激光器放电管23光轴之间的夹角，如对于120线/mm的光栅，9.3μ m波长对应的夹角(90-α)为34.5°，9.3μm处CO₂激光器的最小波长间隔为0.01μm，所对应的光栅14的转角最小步长为2.5′。通过旋转转台12改变光栅14反射工作面与激光器放电管23光轴之间的夹角即可实现CO₂激光器输出波长的调谐。 

3)激光器波长的标定 

本发明是利用激光输出波长与光栅位置(角度)的对应关系进行标定的。具体方法是在转台12上安装一个水平放置的可见光半导体激光器17，在其输出方向上安装一组水平排列的光敏开关18，当转台12转动时，可见光半导体激光器17输出的激光束照射在不同的光敏开关18上，通过导线20连接控制一组指示灯22的开关，从而建立起不同波长与指示灯22间的一一对应关系，达到CO₂激光器输出波长标定与显示的目的。 

本发明的积极效果：根据角反射器原理优化设计的CO₂激光器输出波长调谐装置实现了CO₂激光器的定向定位输出，简化了该装置的装调过程，增加了CO₂激光器谐振腔的稳定性；用简单易行的方法实现了CO₂激光器输出波长的实时显示，增强了CO₂激光器的实用性。 

附图说明

图1是光学角反射器原理示意图； 

图2是已有技术的CO₂激光器波长调谐装置结构示意图； 

图3是本发明的CO₂激光器波长调谐装置结构示意图。 

具体实施方式：

本发明按图3所示的结构实施，其中转台12采用北京卓立汉光 仪器有限公司生产的RSM82-1A型精密旋转台，微调范围±10°，角度分辨率为2′，光栅支架13和反射镜支架16采用北京卓立汉光仪器有限公司生产的TSMT5-2型两维倾斜调整架，光栅14采用120线/mm金属原刻光栅，外形尺寸为40mm×40mm×12mm(长×宽×厚)，第一平面反射镜15和第二平面反射镜24采用金属镀金反射镜，外形尺寸为40mm×40mm×6mm(长×宽×厚)，光栅14的反射工作面与第一平面反射镜15的反射工作面之间的夹角设为60°，可见光半导体激光器17输出波长均为0.63μm，光敏开关18采用Honeywell公司生产的SD1440-001光电接受器，数量不少于10个，光敏开关支架19采用非金属材料自制，波长显示面板21采用铝板自制，指示灯22采用江门市慧源电子有限公司生产的5034SER1AC高亮度LED，数量与光敏开关18相同。 

Claims (1)

1.一种带有波长显示功能的CO₂激光器波长调谐装置，包括转台(12)、光栅(14)、第一平面反射镜(15)、第二平面反射镜(24)；其特征在于还包括光栅支架(13)、反射镜支架(16)、可见光半导体激光器(17)、光敏开关(18)、光敏开关支架(19)、导线(20)、波长显示面板(21)、指示灯(22)、CO₂激光器放电管(23)；转台(12)为精密转台，光栅支架(13)和反射镜支架(16)通过螺栓固定在转台(12)上，使光栅支架(13)的工作面和反射镜支架(16)的工作面垂直于转台(12)的工作面，并使光栅支架(13)的工作面与反射镜支架(16)的工作面之间形成固定的夹角；光栅(14)为平面反射式光栅，其刻线走向与转台(12)的转轴平行，通过光栅(14)的背面固定安装在光栅支架(13)的工作面上；第一平面反射镜(15)通过它的背面固定安装在反射镜支架(16)的工作面上，因为光栅支架(13)的工作面与反射镜支架(16)的工作面之间的夹角固定，所以光栅(14)的反射工作面与第一平面反射镜(15)的反射工作面之间的夹角也是固定的，且两个反射工作面的交线垂直于转台(12)的工作面并与转台(12)的轴线共轴，构成了角反射器；CO₂激光器放电管(23)的光轴通过光栅(14)反射工作面的中心，从光栅(14)的反射工作面反射出来的CO₂激光束，即此CO₂激光束的零级衍射光，射向第一平面反射镜(15)的反射工作面上，在第一平面反射镜(15)反射出的CO₂激光束的零级衍射光的光轴上置有第二平面反射镜(24)，第二平面反射镜(24)的反射面与来自第一平面反射镜(15) 的反射CO₂激光束的零级衍射光的光轴成一定的角度安装；在转台(12)上位于反射镜支架(16)的外侧，固定装有水平放置的可见光半导体激光器(17)，在可见光半导体激光器(17)发射激光的光轴上置有固定在光敏开关支架(19)上的与光轴垂直的由单个光敏开关(18)排成一排的光敏开关组，由一排单个光敏开关(18)组成的光敏开关组通过导线(20)与固定在波长显示面板(21)上的一排指示灯(22)连接；可见光半导体激光器(17)、光敏开关(18)、波长显示面板(21)及固定在波长显示面板(21)上的一排指示灯(22)构成了激光输出波长的标定与显示系统。 

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