大功率激光器模块化光学谐振腔
技术领域
本发明属于光学谐振腔技术领域,特别是涉及一种大功率激光器光学谐振腔。
背景技术
在大功率激光器件领域中,获得稳定的光学谐振腔是保证激光稳定输出的关键环节。目前,工程设计上都是通过采用高性能材料、设计特殊的光学谐振腔的支承(简称光桥)等措施,解决因压力、温度及振动等因素对光学谐振腔造成的影响,并期望获得绝对稳定的光腔结构,但是实践证明,不管光腔稳定性有多高,整体机械精度无法满足光学系统的要求,这样的做法只能减少压力、温度、震动等因素的影响,不能从根本上避免光学谐振腔在使用过程中的稳定性,可以说,工程上不存在“绝对”稳定的光腔结构和光桥支承系统。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明提供一种大功率激光器模块化光学谐振腔。它通过光轴监控系统对光学谐振腔的微量变化进行监控和补偿,实现了“零”误差的稳定光腔系统,能够实现对腔镜位置和角度的实时高精度监测和可靠快捷的调整。
本发明所采用的技术方案是:
一种大功率激光器模块化光学谐振腔,包括前窗口镜模块、后反射镜模块和中折转镜模块,前窗口镜模块和后反射镜模块分别通过角度调整模块、位置调整模块设置在激光器箱体的一侧,中折转镜模块为两组,之间通过长波纹管组件连接,并分别通过角度调整模块、位置调整模块设置在激光器箱体的另一侧,后反射镜模块和中折转镜模块的角度调整模块上均设有光轴监控摸块。
所述的前窗口镜模块包括窗口镜、前、后冷体、前、后压盖、密封体、标准定位法兰及标准冷光阑,在窗口镜两端分别通过前、后冷体安装前、后压盖,在前、后压盖和前、后冷体间安装有带冷却水槽的密封体,使窗口镜密封在前、后压盖内的前、后冷体间,前冷体、后冷体和密封体间形成密闭水循环通道,标准定位法兰一端与后压盖密封连接,一端与标准冷光阑密封连接,标准定位法兰和标准冷光阑上分别设有水槽,形成密闭水循环通道。
所述的后反射镜模块包括全反凹镜、铜镜安装法兰、镜定位法兰和镜冷光阑,全反凹镜置于镜定位法兰的内槽中,铜镜安装法兰置于全反凹镜的一侧,与全反凹镜和镜定位法兰分别密封连接,镜冷光阑置于全反凹镜的另一侧,与镜定位法兰配合密封连接,铜镜安装法兰上设有通至全反凹镜的冷却水槽,镜定位法兰和镜冷光阑上分别设有相连通的水槽。
所述的标准冷光阑和镜冷光阑结构相同,均为带凸台的筒状结构,筒壁上开有环形槽,凸台端为与其连接的标准定位法兰相配合的结构,另一端带有锥形孔。
所述的中折转镜模块包括折转镜镜座、平面铜反镜和铜镜安装法兰,折转镜镜座带有与水平面成45°的槽口,平面铜反镜通过铜镜安装法兰密封安装在折转镜镜座的槽口上,使平面铜反镜折中心位于折转镜镜座的轴线上,在铜镜安装法兰上设有通至平面铜反镜的冷却水槽。
所述的位置调整模块包括与激光器箱体连接的密封方法兰和可调方法兰,两法兰密封连接,调整可调方法兰中心轴位置时,安装有校准规的校准法兰与可调方法兰密封连接。
所述的角度调整模块包括调整法兰、固定法兰、短波纹管组件和三个均布的调整锁紧机构,调整法兰和固定法兰通过调整锁紧机构连接,短波纹管组件是在波纹管两端设有带密封槽的连接法兰,位于调整法兰和固定法兰之间并与调整法兰和固定法兰分别密封连接。所述的调整锁紧机构包括变径调整螺杆、定心球螺母、定心固定套和碟簧,定心球螺母通过定心固定套安装于调整法兰上,变径调整螺杆一端通过第一调节螺母连接在固定法兰上,另一端依次穿过定心球螺母、定心固定套、调整法兰、碟簧,通过第二调节螺母连接。
所述的光轴监控摸块包括监控套、半导体激光器、固定螺母、压环和尼龙环,半导体激光器通过压环安装于监控套内,在压环和半导体激光器间设有尼龙环,压环带有内孔,半导体激光器的电源线通过尼龙环和压环引出。所述的监控套为筒形结构,筒底中心开通孔,筒壁外径与调整法兰上的U型槽相配合。
本发明的有益效果:本发明通过光轴监控系统对光学谐振腔的微量变化进行监控和补偿,实现了“零”误差的稳定光腔系统;在光腔稳定性设计上,从传统的“定性要求”上升为保证光轴偏移量的“定量要求”,能够实现对腔镜位置和角度的实时高精度监测和可靠快捷的调整。
本发明省略了光腔的支承系统,实现“无桥”的模块化结构系统;另外,它具有高精度的光轴监控功能,实现光腔的在线可控。
本发明各连接件均采用密封连接,在前窗口镜模块、后反射镜模块和中折转镜模块上均设有冷却结构,实现其上各镜片的冷却。
附图说明
图1是本发明的装配示意图;
图2是图1中位置调整模块的结构示意图;
图3是图2的左视图;
图4是图1中角度调整模块的结构示意图;
图5是图1中前窗口镜模块的结构示意图;
图6是图1中后反射镜模块的结构示意图;
图7是图1中中折转镜模块的结构示意图;
图8是图1中光轴监控系统的结构示意图。
图中:1.前窗口镜模块、2.角度调整模块、3.位置调整模块、4.中折转镜模块、5.长波纹管组件、6.后反射镜模块、7.密封方法兰、8.可调方法兰、9.校准法兰、10.校准规、11.厚圆垫、12.调整法兰、13.固定法兰、14.短波纹管组件、15.调整螺杆、16.定心球螺母、17.定心固定套、18.前压盖、19.前冷体、20.密封体、21.密封环、22.后冷体、23.后压盖、24.标准定位法兰、25.标准冷光阑、26.窗口镜、27.全反凹镜、28.铜镜安装法兰、29.镜定位法兰、30.镜冷光阑、31.折转镜镜座、32.平面铜反镜,33.监控套;34.固定螺母;35.压环,36.尼龙环;37.半导体激光器,38.第一调节螺母,39.第二调节螺母,40.激光器箱体,41.碟簧,42.光轴监控系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述:
实施例:本发明包括前窗口镜模块1、后反射镜模块6和中折转镜模块4,前窗口镜模块1和后反射镜模块6分别通过角度调整模块2、位置调整模块3设置在激光器箱体40的一侧,中折转镜模块4为两组,之间通过长波纹管组件5连接,并分别通过角度调整模块2、位置调整模块3设置在激光器箱体40的另一侧,后反射镜模块6和中折转镜模块4的角度调整模块2上均设有光轴监控摸块42。
本例中位置调整模块为四组,其结构如图2所示,均包括与激光器箱体40连接的密封方法兰7和可调方法兰8,两法兰密封连接,调整可调方法兰8中心轴位置时,安装有校准规10的校准法兰9与可调方法兰8密封连接,保证可调方法兰8和激光器放电盒的中心同轴。
所述的密封连接是:密封方法兰7和可调方法兰8上均开有密封槽,内部置有密封圈,保证整体连接的密封性。
其安装调整方法如下:参见图2、图3:
将各组位置调整模块3的密封方法兰7分别与激光器箱体4密封焊接,再将可调方法兰8用固定螺栓和厚圆垫11分别装于密封方法兰7上,用标准法兰9和校准规10使激光器放电盒中心和可调方法兰7的孔中心重合,然后锁紧螺栓即可。
所述的角度调整模块2,参见图4:包括调整法兰12、固定法兰13、短波纹管组件14和三个均布的调整锁紧机构,调整法兰12和固定法兰13通过调整锁紧机构连接,短波纹管组件14是在波纹管两端设有带密封槽的连接法兰,位于调整法兰12和固定法兰13之间并与调整法兰12和固定法兰13分别密封连接。
其中调整锁紧机构包括变径调整螺杆15、定心球螺母16、定心固定套17和碟簧41,定心球螺母16通过定心固定套17安装于调整法兰12上,变径调整螺杆15一端通过第一调节螺母38连接在固定法兰13上,另一端依次穿过定心球螺母16、定心固定套17、调整法兰12、碟簧41,通过第二调节螺母39连接。
调整法兰12上开有与光轴监控系统42的监控套33相配合的U型槽;固定法兰13一端为与短波纹管组件14的连接法兰相配合的结构,另一端为与位置调整模块3的可调方法兰8相配合的结构。
具体安装如下:将调整法兰12、固定法兰13和短波纹管组件14密封连接,然后将固定法兰13装于可调方法兰8的中心孔处即可。
所述的前窗口镜模块,参见图5:包括窗口镜26、前冷体19、后冷体22、前压盖18、后压盖23、密封体20、标准定位法兰24及标准冷光阑25,在窗口镜26两端分别通过前、后冷体19、22安装前、后压盖18、23,在前、后压盖18、23和前、后冷体19、22间安装有带冷却水槽密封体20,使窗口镜26密封在前、后压盖18、23内的前、后冷体19、22间,前冷体19、后冷体22和密封体20间形成密闭水循环通道,实现窗口镜26的冷却,标准定位法兰24一端与后压盖23连接,一端与标准冷光阑25密封连接,标准定位法兰24和标准冷光阑25上分别设有水槽,形成密闭水循环通道。
所述标准冷光阑25为带凸台的筒状结构,筒壁上开有环形槽,凸台端为与其连接的标准定位法兰24相配合的结构,另一端带有锥形孔,锥形孔的外圆周面与调整法兰12相配合。其锥形孔端用于限制光束,使光束直径尺寸射入范围小于镜冷光阑的内径尺寸。
安装时,将前窗口镜模块1的标准冷光阑25安装于其角度调整模块2的调整法兰12的接口处即可。
所述后反射镜模块6,参见图6:包括全反凹镜27、铜镜安装法兰28、镜定位法兰29和镜冷光阑30,全反凹镜27置于镜定位法兰29的内槽中,铜镜安装法兰28置于全反凹镜27的一侧,与全反凹镜27和镜定位法兰29分别密封连接,镜冷光阑30置于全反凹镜27的另一侧,与镜定位法兰29配合密封连接,铜镜安装法兰28上设有通至全反凹镜27的冷却水槽,镜定位法兰29和镜冷光阑30上分别设有相连通的水槽。
所述镜冷光阑30结构与标准冷光阑25结构相同,其锥形孔端用于限制光束,使光束直径尺寸射入范围小于镜冷光阑的内径尺寸。
所述后反射镜模块6安装于其角度调整模块2的调整法兰12的接口处即可。
所述的中折转镜模块4,参见图7:包括折转镜镜座31、平面铜反镜32和铜镜安装法兰28,折转镜镜座31带有与水平面成45°的槽口,平面铜反镜32通过铜镜安装法兰28密封安装在折转镜镜座28的槽口上,使平面铜反镜32折中心位于折转镜镜座31的轴线上,在铜镜安装法兰28上设有通至平面铜反镜32的冷却水槽。
其中所述的折转镜镜座31截面近似为矩形结构,在其一角上开有与水平面成45°的槽口,另外两个相互垂直端,其一端为与长波纹管组件5连接法兰相配合的法兰结构,另一端为与角度调整模块2的固定法兰13相配合的结构。
本发明中的两个中折转镜模块4通过长波纹管组件5密封连接,其中的长波纹管组件5是在长波纹管两端分别安装有连接法兰构成,其连接法兰分别和两中折转镜模块4的转折镜镜座31一端连接,转折镜镜座31的另一端分别安装于其角度调整模块的调整法兰12的接口处即可。
所述的光轴监控摸块42,参见图8:包括监控套33、半导体激光器37、固定螺母34、压环35和尼龙环36,半导体激光器37通过压环35安装于监控套33内,在压环35和半导体激光器37间设有尼龙环36,压环35带有内孔,半导体激光器37的电源线通过尼龙环36和压环35引出。
其中的监控套33为筒形结构,筒底中心开通孔,筒壁外径与调整法兰12上的U型槽相配合。