CN110444998B - 一种非稳腔固体激光器对准装调的方法 - Google Patents

一种非稳腔固体激光器对准装调的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光技术领域，公开了一种非稳腔固体激光器对准装调的方法。通过导引光、望远系统(望远系统物镜、望远系统目镜)、成像系统、自准直系统能够对激光增益介质和激光器非稳腔前镜、激光器非稳腔后镜成像，通过对成像的光栏和自准直系统的成像光栏对准，通过调节激光器非稳腔前镜和激光器非稳腔后镜的俯仰对光栏标定，调节后使得成像的光栏和自准直系统的成像光栏对准。上述方案可以实现对非稳腔的腔镜(激光器非稳腔前镜、激光器非稳腔后镜)和固体激光器介质的位置装调。

Description

一种非稳腔固体激光器对准装调的方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种非稳腔固体激光器对准装调的方法。
背景技术
固体激光器是一种二极管泵浦的全固态激光器。随着社会技术的发展越来越多的高功率固体激光器用于工业、航天等领域，特别连续光纤激光器的功率已经达到万瓦级，成熟的应用于焊接、切割、熔覆；但是对于脉冲激光器全固态(除光纤激光器)固体激光器则是无法替代的，因其高重频、高能量、低热控、好的光束质量等优点是行业的不二选择，特别对于一些特殊的用途，比如激光远距离测距，脉冲激光器的性能优点则非常突出。远距离的传输需要好的光束质量，非稳腔的固体激光器则是实现好的光束质量的一种方法，但是非稳腔固态激光器的失调灵敏度则非常高，这需要激光器的装调精度非常高才能保证激光器的输出稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了针对上述存在的问题，为了能够很好的保证非稳腔的腔体装调和增益介质结构的光路对准，提供了一种非稳腔固体激光器对准装调的方法。
本发明采用的技术方案如下：一种非稳腔固体激光器对准装调的方法，包括以下过程：
步骤1，在光学平台上固定激光器和第一导轨，第一导轨上设置小孔光栏，使激光器发出的光和第一导轨共轴；
步骤2，安装半反半透镜、第二中继反射镜，激光器的光透过小孔光栏被半反半透镜反射到第二中继反射镜，调节第二中继反射镜为180°反射使反射光依次通过半反半透镜、小孔光栏的小孔；
步骤3，安装第一中继反射镜，第二中继反射镜180°反射光线通过第一中继反射镜反射，第一中继反射镜反射光路上设置第二导轨，使激光器发出的光和第二导轨共轴；
步骤4，在第二导轨后面的光路上依次设置自准直仪和成像相机，调节相机的位置使得自准直仪的分划板成像在相机的视场中心；
步骤5，调节第二中继反射镜为90°反射，在第二中继反射镜的90°反射光路上依次设置第三中继反射镜、第四中继反射镜和激光器增益介质，激光器增益介质的前端和后端都安装具有通光孔径的光栏，调节第二中继反射镜、第三中继反射镜、第四中继反射镜和激光器增益介质的位置，使得激光器的光完全通过激光器增益介质的前端和后端的小孔；
步骤6，关闭激光器，调节成像相机的对焦镜看到自准直仪分划板上的十字像，在激光器增益介质的前端安装激光器非稳腔前镜，第二导轨上设置望远系统物镜、望远系统目镜，在激光器非稳腔前镜的卡套安装十字光栏，调节望远系统物镜、望远系统目镜的相对距离，使成像相机能够看到激光器非稳腔前镜的十字光栏，再调节激光器非稳腔前镜的俯仰，使非稳腔前镜的十字光栏和自准直仪的十字光栏像重合；
步骤7，此时取下激光增益介质前后端的具有通光孔径的光栏，按照步骤6的方法，在激光器增益介质的后端设置激光器非稳腔后镜，调节使激光器非稳腔后镜的十字光栏和自准直仪的十字光栏像重合；
步骤8，将具有通光小孔的十字光栏重新安装在激光增益介质的前后端，打开激光器，检查激光器的光是否能够完全通过激光增益介质的前后小孔；关闭激光器，通过调节望远系统物镜、望远系统目镜的相对距离，查看成像相机上的激光器非稳腔前镜和激光器非稳腔后镜的十字像是否与自准直仪的十字像重合。
进一步的，所述激光器采用氦氖激光器。
进一步的，所述步骤1中，打开激光器，激光器发出的光通过小孔光栏的小孔，然后滑动小孔光栏，根据两点确定一条直线，滑动中的任何一个位置都能够使激光器发出的光完全的通过小孔光栏的小孔。
进一步的，所述小孔光栏通过三维可调节的支撑结构安装在第一导轨上。
进一步的，所述步骤2中，反射光通过小孔光栏的小孔的判断方法为：反射的光完全通过导轨上移动的小孔光栏并没有遮挡；如果反射光被遮挡，则需要调节半反半透镜、第二中继反射镜，使得激光器发射的光和经过第二中继反射镜反射的光都能够通过第一导轨上的移动小孔光栏且无遮拦。
进一步的，所述步骤3中，激光器发出的光通过第一导轨上的小孔光栏，在第一导轨上移动小孔光栏，能保持使激光器的光通过小孔光栏的小孔。
进一步的，所述步骤4中，自准直仪的前物镜处放置具有通光孔径的光栏，所述具有通光孔径的光栏带有十字，使得光通过自准直仪前物镜的中心，调节成像相机的位置使经过对准的光在成像相机的中心视场。
进一步的，所述步骤6中，调节成像相机的对焦镜看到自准直仪分划板上的十字像的方法为：在自准直仪上设置灯泡，灯泡发出的光经过自准直仪的物镜聚焦在自准直仪的分划板上，经过分划板反射后的光再经过另一个物镜准直后发出平行光；打开成像相机，灯泡的光经过自准直后成像在分划板上，分划板带有刻度并标有十字像，通过调节成像相机的对焦镜看到自准直仪分划板上的十字像。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
1)本方案的光路系统通过在光路上设置导轨，对腔镜实时成像，实时调节腔镜的俯仰使得调节光斑和自准直仪系统的光栏对准。
2)使用望远系统对激光器的激光器非稳腔前镜和激光器非稳腔后镜同时成像，并通过导轨可以检验前后对准的失调性。
3)该光路系统基于导轨和可调支撑装置的设置，可以快速工程化应用在激光器的装调中。
4)本发明光路系统的结构简单，易于实现。
附图说明
图1是本发明非稳腔固体激光器对准装调的方法流程示意图。
图2是本发明非稳腔固体激光器对准装调的光路系统结构原理示意图。
图3是本发明中具有通光小孔的十字光栏结构示意图。
图4是本发明中具有通光孔径的光栏结构示意图。
图5是本发明中十字光栏的结构示意图。
图2中：成像相机1、自准直仪2、灯泡3、带有十字的光栏4、望远系统物镜5、望远系统目镜6、第二导轨7、步进电机8、第一中继反射镜9、第一导轨10、小孔光栏11、氦氖激光器12、半反半透镜13、第二中继反射镜14、第三中继反射镜15、第四中继反射镜16、激光器非稳腔前镜17、高低可调的支撑结构18、激光增益介质19、激光器非稳腔后镜20。
图3中：十字刻线21；通光小孔22。
图4中：通光小孔31。
图5中：通光小孔41。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1所示，本实施例的非稳腔固体激光器对准装调的方法：
(1)首先在光学平台上放置氦氖激光器12，将氦氖激光器12固定在光学平台上，然后将第一导轨10固定在光学平台上，使激光器12发出的光和第一导轨10共轴；
为了使氦氖激光器12和第一导轨10共轴，则需要打开氦氖激光器将氦氖光通过小孔光栏11的小孔，然后滑动小孔光栏11，根据两点确定一条直线，滑动中的任何一个位置都能够使氦氖激光器12发出的光完全的通过小孔光栏11的小孔，则认为氦氖激光器12和第一导轨10的滑动导轨共轴。
为了使光路调节更加的方便，图2中的小孔光栏11是通过三维可调节的支撑结构安装在第一导轨10上，可以高低、左右调节支撑结构使小孔光栏的小孔位置得到调整。
(2)安装半反半透镜13和第二中继反射镜14，但是此时第二中继反射镜14不是安装图2中呈现的90度反射，而是按照180度反射来确定第二中继反射镜14的方位，通过第二中继反射镜14的反射，光返回到小孔光栏11的小孔，调节半反半透镜13、第二中继反射镜14的俯仰使得返回的光通过半反半透镜13反射后通过第一导轨10上的小孔光栏11。
如果经过反射的光也能够完全通过导轨上的小孔光栏11并没有遮挡，则认为该部分系统光路调节完成，如果返回的反射光被遮挡需要调节半反半透镜13、第二中继反射镜14，使得氦氖激光器12发射的光和经过第二中继反射镜14反射的光都能够通过第一导轨上的移动小孔光栏11且无遮拦。
(3)将半反半透镜13按照45度反射放置在光学平台上，通过光学平台上的第一中继反射镜9使得从第二中继反射镜14(不是图2中90度反射而是调节到180反射)反射的光按照180偏转到图2中的望远系统所在的第二导轨7的位置，然后将第二导轨7固定在光学平台上，将小孔光栏11的小孔通光支撑架放置在第一导轨10上，调节导轨的位置、第一中继反射镜9的镜子俯仰使得激光器12发出的光和第二导轨共轴；
氦氖激光器12发出的光通过第二导轨7上的小孔光栏11，在导轨上移动小孔光栏11，都能使氦氖激光器12的光通过小孔则认为氦氖激光器12发出的光和第一导轨10、第二导轨7都共轴。
(4)在第二导轨后面的光路上设置自准直仪2和成像相机1，准直后的光在成像相机的中心视场；
在自准直仪2的前物镜处放置图4的具有通光孔径的光栏，所述光栏带有十字，使得光通过自准直仪前物镜的中心。打开成像相机1，成像相机1是一种光电探测成像CCD，光电探测成像CCD的视场要大于自准直仪的视场，一般情况下只需要黑白的成像单元就可以满足激光器的装调应用。调节成像CCD的位置使经过对准的光在成像CCD的中心视场即可。
(5)按照以上的步骤调节好后，则将第二中继反射镜14转回到90度反射使得光偏转依次通过第三中继反射镜15(90°反射)和第四中继反射镜16(90°反射)的反射镜，按照图2的光路安装第三中继反射镜15和第四中继反射镜16，第二中继反射镜14的反射光路和第四中继反射镜16的反射光路平行，并安装高低可调的支撑结构18和激光增益介质19。此时不用安装激光器非稳腔前镜17和激光器非稳腔后镜20，激光器设计的时候是严格按照光的折射定律来设计的，因此在激光增益介质的前端和后端都安装图4具有通光孔径的光栏，调节图中第二中继反射镜14、第三中继反射镜15、第四中继反射镜16和激光器的位置，使得光按照折射定理完全通过增益介质前后端的小孔，则认为此光路光轴调节完成。
(6)调节成像相机1的对焦镜看到自准直仪2分划板上的十字像，然后将图5中的十字光栏安装在激光器非稳腔前镜17的卡套上，通过步进电机8调节望远系统物镜5、望远系统目镜6的相对距离，则能够看到激光器非稳腔前镜17的关于图5中的十字光栏像，调节激光器非稳腔前镜17的俯仰则将激光器非稳腔前镜17的十字与自准直仪2的十字像重合，重合后将激光器非稳腔前镜17十字光栏旋转360°，激光器非稳腔前镜17的十字光栏和自准直仪的十字光栏像在360度的方向上都能够很好的重合则认为此镜子调节完毕。
其中，自准直仪需要一个发光的灯泡，发出的光经过自准直仪的物镜聚焦在自准直仪的分划板上，经过分划板反射后的光在经过另一个物镜准直后发出平行光；将带有俯仰的激光器非稳腔前镜17安装在激光器增益介质的前面，关闭激光器的光，打开成像相机1，灯泡3发出的光经过自准直后成像在分划板上，分划板带有刻度并标有十字像，通过调节成像相机1的对焦镜看到自准直仪2分划板上的十字像。
(7)此时取下激光增益介质前后端的具有通光孔径的光栏，同样的原则调节激光器非稳腔后镜20，将装有十字光栏的激光器非稳腔后镜20放在调节架构上，通过调节望远系统物镜5、望远系统目镜6的相对距离让激光器非稳腔后镜20的十字像成像在成像相机1上，按照前镜的方式调节后镜直到所有的十字像都重合则认为该激光器的腔镜和增益介质调节完毕。
(8)重新将图3中的具有通光小孔的十字光栏安装在激光增益介质19的前后端，将图5的十字光栏安装在激光器腔镜(非稳腔前镜和非稳腔后镜)的前后端，打开氦氖激光器12检查经过4个光栏的光是否能够完全通过激光增益介质19的前后小孔，如果是，关闭氦氖激光器12，通过调节望远系统物镜5、望远系统目镜6的相对距离，查看成像相机1上的每一个激光器腔镜的十字像是否与自准直仪的十字像重合，如果重复检测上面的氦氖光能够通过激光增益介质19的小孔，十字像能够重合则认为给激光器调节完毕，产品合格，不然则继续调节直至达到要求。
通过上述方法得到的光路系统如图2所示：包括激光器(优选采用氦氖激光器12)、半反半透镜13、小孔光栏11、第一中继反射镜9、第二中继反射镜14、望远系统物镜5、望远系统目镜6、自准直仪2、成像相机1、第三中继反射镜15、第四中继反射镜16、激光增益介质19、激光器非稳腔前镜17和激光器非稳腔后镜20，所述激光器12和半反半透镜13之间设置小孔光栏11，小孔光栏11安装在第一导轨10上，所述半反半透镜13的两侧光路依次设置第一中继反射镜9和第二中继反射镜14；所述第一中继反射镜9和第二中继反射镜14方位可调，所述第一中继反射镜9的反射光路设置望远系统物镜5、望远系统目镜6、自准直仪2和成像相机1，所述望远系统物镜和望远系统(望远成像系统是伽利略成像系统)目镜安装在第二导轨7上；所述第二中继反射镜14的反射光路上依次设置第三中继反射镜15、第四中继反射镜16和激光增益介质19，所述激光增益介质19两侧分别设置激光器非稳腔前镜17和激光器非稳腔后镜20，增益介质19下方可以设置高低可调的支撑结构18。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种非稳腔固体激光器对准装调的方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤1，在光学平台上固定激光器和第一导轨，第一导轨上设置小孔光栏，使激光器发出的光和第一导轨共轴；
步骤2，安装半反半透镜、第二中继反射镜，激光器的光透过小孔光栏被半反半透镜反射到第二中继反射镜，调节第二中继反射镜为180°反射使反射光依次通过半反半透镜、小孔光栏的小孔；
步骤3，安装第一中继反射镜，第二中继反射镜180°反射光线通过第一中继反射镜反射，第一中继反射镜反射光路上设置第二导轨，使激光器发出的光和第二导轨共轴；
步骤4，在第二导轨后面的光路上依次设置自准直仪和成像相机，调节相机的位置使得自准直仪的分划板成像在相机的视场中心；
自准直仪的前物镜处放置具有通光孔径的光栏，所述具有通光孔径的光栏带有十字，使得光通过自准直仪前物镜的中心，调节成像相机的位置使经过对准的光在成像相机的中心视场；
步骤5，调节第二中继反射镜为90°反射，在第二中继反射镜的90°反射光路上依次设置第三中继反射镜、第四中继反射镜和激光器增益介质，激光器增益介质的前端和后端都安装具有通光孔径的光栏，调节第二中继反射镜、第三中继反射镜、第四中继反射镜和激光器增益介质的位置，使得激光器的光完全通过激光器增益介质的前端和后端的小孔；
步骤6，关闭激光器，调节成像相机的对焦镜看到自准直仪分划板上的十字像，在激光器增益介质的前端安装激光器非稳腔前镜，第二导轨上设置望远系统物镜、望远系统目镜，在激光器非稳腔前镜的卡套安装十字光栏，调节望远系统物镜、望远系统目镜的相对距离，使成像相机能够看到激光器非稳腔前镜的十字光栏，再调节激光器非稳腔前镜的俯仰，使非稳腔前镜的十字光栏和自准直仪分划板上的十字像重合；
调节成像相机的对焦镜看到自准直仪分划板上的十字像的方法为：在自准直仪上设置灯泡，灯泡发出的光经过自准直仪的物镜聚焦在自准直仪的分划板上，经过分划板反射后的光再经过另一个物镜准直后发出平行光；打开成像相机，灯泡的光经过自准直后成像在分划板上，分划板带有刻度并标有十字，通过调节成像相机的对焦镜看到自准直仪分划板上的十字像；
步骤7，此时取下激光增益介质前后端的具有通光孔径的光栏，按照步骤6的方法，在激光器增益介质的后端设置激光器非稳腔后镜，调节使激光器非稳腔后镜的十字光栏和自准直仪分划板上的十字像重合；
步骤8，将具有通光孔径的光栏重新安装在激光增益介质的前后端，打开激光器，检查激光器的光是否能够完全通过激光增益介质的前后小孔；如果检查激光器的光能够完全通过激光增益介质的前后小孔，关闭激光器，通过调节望远系统物镜、望远系统目镜的相对距离，查看成像相机上的激光器非稳腔前镜和激光器非稳腔后镜的十字光栏是否与自准直仪分划板上的十字像重合。
2.如权利要求1所述的非稳腔固体激光器对准装调的方法，其特征在于，所述激光器采用氦氖激光器。
3.如权利要求1所述的非稳腔固体激光器对准装调的方法，其特征在于，所述步骤1中，打开激光器，激光器发出的光通过小孔光栏的小孔，然后滑动小孔光栏，根据两点确定一条直线，滑动中的任何一个位置都能够使激光器发出的光完全的通过小孔光栏的小孔。
4.如权利要求3所述的非稳腔固体激光器对准装调的方法，其特征在于，所述小孔光栏通过三维可调节的支撑结构安装在第一导轨上。
5.如权利要求1所述的非稳腔固体激光器对准装调的方法，其特征在于，所述步骤2中，反射光通过小孔光栏的小孔的判断方法为：反射的光完全通过导轨上移动的小孔光栏并没有遮挡；如果反射光被遮挡，则需要调节半反半透镜、第二中继反射镜，使得激光器发射的光和经过第二中继反射镜反射的光都能够通过第一导轨上的移动小孔光栏且无遮拦。
6.如权利要求1所述的非稳腔固体激光器对准装调的方法，其特征在于，所述步骤3中，激光器发出的光通过第一导轨上的小孔光栏，在第一导轨上移动小孔光栏，能保持使激光器的光通过小孔光栏的小孔。
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