CN109633921B - 激光腔镜辅助装调装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光腔镜辅助装调装置，构成包括三维升降平台、二维调整架、引导支撑架、镜架机械臂、基准光源、坐标观察屏、光场相机。所述的镜架机械臂借助刚性引导支撑架与所述的二维调整架连接，二维调整架固定在所述的三维升降平台上，镜架机械臂加持待装调激光腔镜，可实现升降、平移及角度调节，同时借助所述的基准光源完成光学镜的姿态调节和位置固定。本发明具有结构简单、操作方便、装调快捷及装调精度高的特点，能够快捷方便的实现激光腔镜特别是无调节结构激光腔镜的高精度装调。
Description
技术领域
本发明涉及激光器，特别是一种激光腔镜辅助装调装置及其使用方法，在激光器研制、装配及生产方面有广泛应用前景。
背景技术
激光具有指向性好、单色性高、高亮度等优点，应用日益广泛，推动着现代工业的快速发展，促进人类生活质量的提高。目前激光器技术被广泛应用于激光通信、激光医疗、激光工业加工、新能源和军事航天等领域。激光应用技术的快速发展，对激光技术指标、质量体积及激光器系统稳定性等方面提出了更高的要求，而激光器每一项指标的提升必然对激光器研制和安装都提出了更高的要求，当前，安全稳定运行的产品化激光器在体积、外形及光学元件设计与安装上都追求简化，减轻激光器重量和体积的同时保证激光性能稳定牢靠，尤其是为了提高激光器系统稳定性，各光学元件机械架都舍弃了光学角度调整结构，采用修磨镜架底座的方式完成光学元件的调整安装，这种装调方式对激光器安装工程人员提出了极高的要求，如何提高激光器的装调质量和效率，一直是工程人员关注的难点和重点。
目前激光器装调主要是凭借工程人员的装调经验，这往往具有主观性，不可避免的会影响激光器的装调质量进而影响整个激光器系统的输出性能。同时凭借工程人员经验装调激光器对工程人员提出过高要求，且效率低下，进而影响激光器的研制进度。
发明内容
本发明的目的在于改善激光器装调质量和效率，提供一种激光腔镜辅助装调装置及其使用方法，该辅助装置能够快捷方便的实现激光器装调，有助于激光器实现高性能激光输出同时提升激光器研制效率。
本发明的技术解决方案如下：
一种激光腔镜辅助装调装置，特征在于其构成包括：三维升降平台、二维调整架、引导支撑架、镜架机械臂、基准光源、坐标观察屏、光场相机；
所述的二维调整架固定在所述的三维升降平台上，并通过所述的引导支撑架与所述的镜架机械臂连接，工作时：所述的镜架机械臂加持待装调激光腔镜并将其放置于待装调光路位置；
所述的基准光源发射基准光照射到待装调激光腔镜，经该待装调激光腔镜反射后，入射到所述的坐标观察屏上，经该坐标观察屏漫反射后被所述的光场相机接收并被确定出反射光的光斑中心位置。
所述的升降平台为三维平稳支撑体，可实现快速升降及平移调节，其工作台面有规则分布螺纹孔列阵，便于固定所述的二维调整架。
所述的引导支撑架为长条形刚体，该长条形刚体上规则分布有通孔，用于连接所述的二维调整架和镜架机械臂。
所述的镜架机械臂具有可调节能力，可以牢固加持不同口径的待装调激光腔镜，同时在待装调激光腔镜固定在设计光路位置之后可以方便的实现镜架机械臂与待装调激光腔镜的无障碍脱离。
所述的基准光源的输出端有微透镜可旋转调节其位置保证基准光经待安装激光腔镜反射后成像到所述的坐标观察屏上，所述的基准光源可进行水平、俯仰角度调节。
所述的激光腔镜辅助装调装置的使用方法，包括下列步骤：
将所述的激光腔镜辅助装调装置，以下简称为辅助装置，放置于激光腔镜待安装光学平台附近，所述的镜架机械臂牢固加持待安装激光腔镜；所述的基准光源放置在待装调激光器光路的正后方；
以待装调激光器设计光轴为基准，调整基准光源方位及俯仰角，使得基准光与待装调激光器设计光轴重合；放置并微调待装调激光器前腔镜方位，使得照射到前腔镜的反射光原路返回，然后固定锁紧前腔镜；类似待装调激光器前腔镜安装方法安装激光增益介质；
粗调辅助装置位置使得所述镜架机械臂加持的待安装激光腔镜中心位于基准光正上方5mm处，借助紧固螺钉依次锁紧所述的三维升降台、二维调整架、引导支撑架及镜架机械臂；
精调所述的三维升降台，使得镜架机械臂加持的待安装激光腔镜悬空在激光器安装底座上，激光腔镜底部与安装底座间隙1-2mm；精调二维调整架角度使得基准光源照射到待安装激光腔镜的反射光原路返回；
打开待装调激光器泵浦光，精调二维调整架角度，使得激光器输出功率最大，调降三维升降台使得待安装激光腔镜底部最低点与激光器安装底座接触，同时精调二维调整架角度，使得激光器输出功率维持在最大输出状态，然后关掉激光器泵浦光，在激光器安装底座上投影出待安装激光腔镜架底座的位置并标注，同时借助光场相机观察基准光源照射到待安装激光腔镜后反射到观察屏上的反射光斑，确定反射光斑中心位置C；
修磨镜架机械臂加持的待安装激光腔镜底座底部，使得待安装激光腔镜底座完全固定在激光器安装底座上时，光场相机观察基准光源照射到待安装激光腔镜后反射到观察屏上的反射光斑中心位置C’，与步骤⑤时观察屏上的反射光斑中心位置C重合，重新打开激光器泵浦完成激光器状态确认，若输出功率变小，重复步骤⑤-⑥，直到激光器获得最大功率输出。
本发明具有以下优点：
1、本发明激光腔镜辅助装调装置通用性强，使用方法简单方便，可实现各种结构激光腔镜尤其是无调整结构的激光腔镜的高质量装调。
2、本发明激光腔镜辅助装调装置采用可调焦可见激光为基准光源，可方便实现激光器平面腔镜、凹面腔镜或凸面腔镜等各种腔镜的方位定位和安装。
3、本发明激光腔镜辅助装调装置采用高精度光场相机定位观察屏反射光斑中心位置，精度高，响应快。
4、本发明激光腔镜辅助装调装置采用镜架机械臂加持激光腔镜进行装调，重复性好，安全稳定，同时保证工程人员远离激光，从而避免激光腔镜装调时激光对工程人员的额外损伤。
5、整个辅助装置结构简单，所需组件商用广泛，可降低制造成本和缩短生产周期。
附图说明
图1为本发明激光腔镜辅助装调装置的立体结构示意图。
图2为图1的俯视图
图3为图1装置辅助装调待安装激光腔镜镜的原理示意图
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1、图2和图3，图1为本发明激光腔镜辅助装调装置实施例的立体结构图，图2为图1的俯视图。图3为图1装置辅助装调待安装激光腔镜的装调方法原理示意图。
由图可见，本发明激光腔镜辅助装调装置，特征在于其构成包括：三维升降平台1、二维调整架2、引导支撑架3、镜架机械臂4、基准光源5、坐标观察屏6、光场相机7；
所述的二维调整架2固定在所述的三维升降平台1上，并通过所述的引导支撑架3与所述的镜架机械臂4连接，工作时：所述的镜架机械臂4加持待装调激光腔镜并将其放置于待装调光路位置；
所述的基准光源5发射基准光照射到待装调激光腔镜，经该待装调激光腔镜反射后，入射到所述的坐标观察屏6上，经该坐标观察屏6漫反射后被所述的光场相机7接收，从而确定出观察屏6上反射光斑的中心位置；调节所述的二维调整架2和三维升降平台1辅助实现激光腔镜角度调节和定位安装。
请参见图3，所述的激光腔镜辅助装调装置的使用方法，包括下列步骤：
①将所述的激光腔镜辅助装调装置，以下简称为辅助装置，放置于激光腔镜待安装光学平台附近，所述的镜架机械臂4牢固加持待安装激光腔镜；所述的基准光源5放置在待装调激光器光路的正后方；
②以待装调激光器设计光轴为基准，调整基准光源5方位及俯仰角，使得基准光与待装调激光器设计光轴重合；放置并微调待装调激光器前腔镜方位，使得照射到前腔镜的反射光原路返回，然后固定锁紧前腔镜；类似待装调激光器前腔镜安装方法安装激光增益介质；
③粗调辅助装置位置使得所述镜架机械臂4加持的待安装激光腔镜中心位于基准光正上方5mm处，借助紧固螺钉依次锁紧所述的三维升降台1、二维调整架2、引导支撑架3及镜架机械臂4；
④精调所述的三维升降台1，使得镜架机械臂4加持的待安装激光腔镜悬空在激光器安装底座上，激光腔镜底部与安装底座间隙1-2mm；精调二维调整架2角度使得基准光源5照射到待安装激光腔镜的反射光原路返回；
⑤打开待装调激光器泵浦光，精调二维调整架2角度，使得激光器输出功率最大，调降三维升降台1使得待安装激光腔镜底部最低点与激光器安装底座接触，同时精调二维调整架2角度，使得激光器输出功率维持在最大输出状态，然后关掉激光器泵浦光，在激光器安装底座上投影出待安装激光腔镜架底座的位置并标注，同时借助光场相机7观察基准光源5照射到待安装激光腔镜后反射到观察屏6上的反射光斑，确定反射光斑中心位置C；
⑥修磨镜架机械臂4加持的待安装激光腔镜底座底部，使得待安装激光腔镜底座完全固定在激光器安装底座上时，光场相机7观察基准光源5照射到待安装激光腔镜后反射到观察屏6上的反射光斑中心位置C’，与步骤⑤时观察屏6上的反射光斑中心位置C重合，重新打开激光器泵浦完成激光器状态确认，若输出功率变小，重复步骤⑤-⑥，直到激光器获得最大功率输出。
下面为此实施例的具体参数：
三维升降平台1、二维调整架2、引导支撑架3、镜架机械臂4、基准光源5、坐标观察屏6、光场相机7；
三维升降平台1整体尺寸长76mm、宽76mm、高70mm，三方向各自调节行程25mm；二维调整架2呈L形外形尺寸长70mm、宽70mm、厚度35mm，水平角度调节范围±4度、俯仰角度调节范围±4度；引导支撑架3为不锈钢长条形长150mm、宽8mm、高8mm，规则分布M4沉孔；镜架机械臂4底座为长方体硬铝，长60mm、宽40mm、厚10mm，可加持光学口径为5-30mm的激光腔镜架；基准光源5为可调焦635nm半导体激光器，输出功率5mW，坐标观察屏6为圆形观察屏直径50mm，有1mm间距圆刻度线；光场相机为德国Raytrix光场相机r5f/5.6，视场10mm×10mm。
实验表明，本发明具有结构紧凑、简单、调节方便等特点，能够高效的完成激光器腔镜的光路调节与固定安装，有助于激光器实现高性能激光输出。
Claims (1)
1.一种激光腔镜辅助装调装置的使用方法，该激光腔镜辅助装调装置，包括：三维升降平台（1）、二维调整架（2）、引导支撑架（3）、镜架机械臂（4）、基准光源（5）、坐标观察屏（6）、光场相机（7）；所述的二维调整架（2）固定在所述的三维升降平台（1）上，并通过所述的引导支撑架（3）与所述的镜架机械臂（4）连接，工作时：所述的镜架机械臂（4）加持待装调激光腔镜并将其放置于待装调光路位置；所述的基准光源（５）发射基准光照射到待装调激光腔镜，经该待装调激光腔镜反射后，入射到所述的坐标观察屏（6）上，经该坐标观察屏（6）漫反射后被所述的光场相机（7）接收；其特征在于该方法包括下列步骤：
①将所述的激光腔镜辅助装调装置，以下简称为辅助装置，放置于激光腔镜待安装光学平台附近，所述的镜架机械臂（４）牢固加持待安装激光腔镜；所述的基准光源（5）放置在待装调激光器光路的正后方；
②以待装调激光器设计光轴为基准，调整基准光源（5）方位及俯仰角，使得基准光与待装调激光器设计光轴重合；放置并微调待装调激光器前腔镜方位，使得照射到前腔镜的反射光原路返回，然后固定锁紧前腔镜；类似待装调激光器前腔镜安装方法安装激光增益介质；
③粗调辅助装置位置使得所述镜架机械臂（４）加持的待安装激光腔镜中心位于基准光正上方5mm处，借助紧固螺钉依次锁紧所述的三维升降平台（1）、二维调整架（2）、引导支撑架（3）及镜架机械臂（4）；
④精调所述的三维升降平台（1），使得镜架机械臂（４）加持的待安装激光腔镜悬空在激光器安装底座上，激光腔镜底部与安装底座间隙1-2mm；精调二维调整架（2）角度使得基准光源（5）照射到待安装激光腔镜的反射光原路返回；
⑤打开待装调激光器泵浦光，精调二维调整架（2）角度，使得激光器输出功率最大，调降三维升降平台（1）使得待安装激光腔镜底部最低点与激光器安装底座接触，同时精调二维调整架（2）角度，使得激光器输出功率维持在最大输出状态，然后关掉激光器泵浦光，在激光器安装底座上投影出待安装激光腔镜架底座的位置并标注，同时借助光场相机（7）观察基准光源（5）照射到待安装激光腔镜后反射到观察屏（6）上的反射光斑，确定反射光斑中心位置C；
⑥修磨镜架机械臂（４）加持的待安装激光腔镜底座底部，使得待安装激光腔镜底座完全固定在激光器安装底座上时，光场相机（7）观察基准光源（5）照射到待安装激光腔镜后反射到观察屏（6）上的反射光斑中心位置C’，与步骤⑤时观察屏（6）上的反射光斑中心位置C重合，重新打开激光器泵浦完成激光器状态确认，若输出功率变小，重复步骤⑤-⑥，直到激光器获得最大功率输出。
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