CN103712779A - 一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，包括固定在基座上的待检棱镜式环形谐振腔，沿棱镜式环形谐振腔的一角上设有与外源稳频激光器出射激光束相对应的半反射、半透射镜，另设置有三块能够反射出射激光束的全反射棱镜，在三个全反射棱镜的任意一个外侧加装有衍射辅助光阑；与半反射、半透射镜a反射的激光束水平位置设有全反射镜，与全反射棱镜反射和全反射镜反射的激光束垂直相交处设有半反射、半透射镜b；半反射、半透射镜b反射的激光束对应设有光功率计，半反射、半透射镜b透射的激光束对应设有CCD探测器。本系统对四棱镜谐振腔光路的共面度进行高精度检测，能够实现测试结果准确、有效、直观的要求。

Description

一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统

技术领域

本发明涉及精密装配技术领域，特别涉及一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统。 

背景技术

对于有着高性能稳定度要求的相干检测激光光源——棱镜式环形激光器而言，光路共面性直接关系这种激光器工作时性能的稳定性。这种激光器对谐振腔体以及贴附在谐振腔体对应位置的棱镜角度尺寸精度要求很高，一般腔体或者棱镜几十秒的塔差就足以差生影响，由于涉及微观尺寸的测量，直接测量非常困难。为此，根据激光干涉原理设计一种新的检测方案，即通过干涉光斑能量的分布情况（干涉条纹的垂直度），间接反映光通过非共面谐振腔时能量受到的调制作用，从而反映由四块棱镜组成的谐振腔光路的共面度成为目前本领域亟待解决的技术问题。实践证明这种方案检测灵敏度很高，满足工程实际要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，以解决这种激光器装配过程中棱镜以及腔体加工塔差难以检测，其影响难以消除的技术问题，从而实现对这种高工作稳定要求的激光器装配质量的有效控制。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，包括一固定在基座上的待检棱镜式环形谐振腔，沿待检棱镜式环形谐振腔的一个角上设有一与外源稳频激光器出射激光束相对应的半反射、半透射镜a，在另三个角上设置有三块能够反射出射激光束的全反射棱镜，在三个全反射棱镜的任意一个外侧加装有衍射辅助光阑；与半反射、半透射镜a反射的激光束水平位置设有一与其布置角度相同的全反射镜，与全反射棱镜反射的激光束和全反射镜反射的激光束垂直相交处设有一半反射、半透射镜b；所述半反射、半透射镜b反射的激光束对应设有 一光功率计，所述半反射、半透射镜b透射的激光束对应设有一CCD探测器。 

进一步地，所述衍射辅助光阑为一端部呈梯形结构的光楔，衍射辅助光阑镜面与全反射棱镜镜面角度分布一致。 

进一步地，所述半反射、半透射镜a镜面与出射激光束成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。 

进一步地，所述全反射镜镜面与激光束成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。 

进一步地，所述半反射、半透射镜b镜面与垂直相交的全反射棱镜反射的激光束和全反射镜反射激光束成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。 

相对于现有技术，本发明的有益效果在于： 

本套系统可通过棱镜和腔体的匹配挑选排除棱镜或腔体的加工误差，对四棱镜谐振腔光路的共面度进行高精度检测，实现对棱镜式激光器光路结构的匹配、调整装配。本套系统利用激光干涉光斑包含激光传输过程中将受到光路误差引起激光相位调制的原理，利用干涉光斑信息反映待检光路的共面性信息。并依据光学干涉现象产生的条件：参与干涉的两束光，①同频率（一个外源稳频激光器分光而来，能够满足）；②光振动方向相同（一个外源稳频激光器分光而来，能够满足）；③相位差恒定（光路不变，误差恒定，能够满足），根据外源激光器穿光、与外源激光器出光进行干涉，获得的干涉光斑图样，进行光路共面度的检测。 

为了方便判断，设计了衍射辅助光阑，将衍射尾迹作为检定干涉光斑是否垂直的标准。在干涉光斑水平方向上获得长尾迹（衍射光斑），若干涉条纹垂直于衍射尾迹，则表明光路共面度满足要求，若干涉条纹不垂直于衍射尾迹，发生倾斜，则表明光路共面度存在问题，更换棱镜进行匹配。 

本发明干涉检测分辨力极强，通过干涉光斑能量的分布，可以明确反映光路中存在的各种问题。系统只需一次对光，只要保证各部分位置基本不变，可以方便完成多个谐振腔和棱镜共面度的检测和选配。设计了辅助衍射光阑，在 干涉光斑中加入明显的参照，使检定工作方便易行。 

本装配系统已在工程实际中得到应用，测试结果准确、有效、直观，只需稍作改进，原理上可适用于各类高精度相干检测用激光光源的光路精密检测的要求。该系统对棱镜式激光器光路的精密检测以及棱镜和腔体的选配装配有重要意义。 

附图说明

图1为棱镜式激光器光路示意图。 

图2为本发明一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统的结构示意图。 

图3（a）、图3（b）为本发明设计的辅助衍射光阑结构示意图。 

图4（a）、图4（b）是本发明检测结果示意图。 

图中：1-外源稳频激光器；2-半反射、半透射镜a；3-棱镜式环形谐振腔；4-全反射棱镜；5-衍射辅助光阑；6-全反射镜；7-半反射、半透射镜b；8-CCD探测器；9-光功率计；10-激光束。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。 

图1为棱镜式激光器光路示意图。请参阅图2所示，本发明是一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，包括：外源稳频激光器1、半反射、半透射镜2、7、棱镜式环形谐振腔3、全反射棱镜4、衍射辅助光阑5、全反射镜6、CCD探测器8、光功率计9和基座。 

在基座上固定一待检棱镜式环形谐振腔3，沿待检棱镜式环形谐振腔3的一个角上设有一与外源稳频激光器1出射激光束10相对应的、镜面呈45°布置的半反射、半透射镜a2，在另三个角上设置有三块能够反射出射激光束10的全反射棱镜4，使得出射激光束10在经过半反射、半透射镜a2透射后经三个全反射棱镜4后水平反射；在三个全反射棱镜4的任意一个外侧加装有衍射辅助光阑5；与半反射、半透射镜a2反射的激光束10水平位置设有一与其布置角度相同的全反射镜6，与全反射棱镜4水平反射的激光束10和全反射镜6垂 直反射的激光束10垂直相交处设有一半反射、半透射镜b7；半反射、半透射镜b7反射的激光束10对应设有一光功率计9，半反射、半透射镜b7透射的激光束10对应设有一CCD探测器8。 

如图3（a）所示，衍射辅助光阑5为一端部呈梯形结构的光楔；如图3（b）所示，设置在全反射棱镜4外侧的衍射辅助光阑5内端面将相邻全反射棱镜4反射的激光束部分反射，部分沿光楔梯形垂直端和梯形斜面反射。 

衍射辅助光阑5镜面与全反射棱镜4镜面角度分布一致。 

半反射、半透射镜a2镜面与出射激光束10成倾斜角度设置，全反射镜6镜面与激光束10成倾斜角度设置，半反射、半透射镜a2镜面和全反射镜6镜面的倾斜角度均为45°。半反射、半透射镜b7镜面与垂直相交的全反射棱镜4反射的激光束10和全反射镜6反射激光束10成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。 

本实施例在使用过程中，将待检棱镜式环形谐振腔3腔体固定在基座上，并在谐振腔体的对应位置放置待检棱镜，打开外源稳频激光器1的开关，调整入射光位置，使外源稳频激光器1穿光点亮待检验棱镜式环形谐振腔3腔体。放置半反射、半透射镜a2、半反射、半透射镜b7以及全反射镜6，使之组成如图2所示的光路，并在CCD探测器8前获得干涉光斑。从光功率计9读取光功率，并适当调节外源稳频激光器1的泵浦功率，保证CCD探测器8上的读取的光斑条纹边沿清晰。此时，可通过CCD探测器8检视干涉光斑，如光斑中出现能量异常调制的现象，更换调整待检验棱镜，直到获得理想干涉条纹，完成检定和选配。 

由外源稳频激光器1出射的激光束10通过半反射、半透射镜2分为两路，一路投射到全反射镜6上，一路透射入棱镜式谐振腔3；透射入棱镜式谐振腔3的激光束10经过三个全反射棱镜4的反射，再沿与原入射谐振腔光束垂直的方向射出谐振腔3；在三个全反射棱镜4的任意一个外侧加装衍射辅助光阑5，装配该光阑的目的是在干涉光斑获得衍射尾迹，衍射尾迹可作为检定干涉光斑是 否垂直的标准。透射出棱镜式环形谐振腔3的激光束10在半反射、半透射镜7的表面和经由全反射镜6的光发生干涉，其干涉光斑入射CCD探测器8，CCD探测器8输出干涉光斑图样；另外，在半反射、半透射镜7的另侧放置光功率计9，用于检测光功率，指导调节外源激光器的输出功率。 

图4显示了本发明检测结果，干涉光斑中央为暗条纹，两侧的长尾迹是对称安装了两片辅助衍射光阑的结果；图4（a）为共面度合格的谐振腔体干涉光斑；图4（b）为共面度不合格的谐振腔体干涉光斑。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。 

Claims (5)

1.一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，其特征在于：包括一固定在基座上的待检棱镜式环形谐振腔（3），沿待检棱镜式环形谐振腔（3）的一个角上设有一与外源稳频激光器（1）出射激光束（10）相对应的半反射、半透射镜a（2），在另三个角上设置有三块能够反射出射激光束（10）的全反射棱镜（4），在三个全反射棱镜（4）的任意一个外侧加装有衍射辅助光阑（5）；与半反射、半透射镜a（2）反射的激光束（10）水平位置设有一与其布置角度相同的全反射镜（6），与全反射棱镜（4）反射的激光束（10）和全反射镜（6）反射的激光束（10）垂直相交处设有一半反射、半透射镜b（7）；所述半反射、半透射镜b（7）反射的激光束（10）对应设有一光功率计（9），所述半反射、半透射镜b（7）透射的激光束（10）对应设有一CCD探测器（8）。

2.如权利要求1所述一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，其特征在于：所述衍射辅助光阑（5）为一端部呈梯形结构的光楔，衍射辅助光阑（5）镜面与全反射棱镜（4）镜面角度分布一致。

3.如权利要求1所述一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，其特征在于：所述半反射、半透射镜a（2）镜面与出射激光束（10）成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。

4.如权利要求1所述一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，其特征在于：所述全反射镜（6）镜面与激光束（10）成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。

5.如权利要求1所述一种棱镜式环形激光器光路共面度检测系统，其特征在于：所述半反射、半透射镜b（7）镜面与垂直相交的全反射棱镜（4）反射的激光束（10）和全反射镜（6）反射激光束（10）成倾斜角度设置，镜面的倾斜角度为45°。

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