CN113471809B - 一种可调谐猫眼激光器及调节方法 - Google Patents

一种可调谐猫眼激光器及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调谐猫眼激光器及调节方法。本发明的可调谐猫眼激光器，其特征在于，底座(6)上设有窄带滤光片安装座(9)，窄带滤光片安装座(9)上安装窄带滤光片(10)；窄带滤光片(10)后依次设有偏振分光棱镜(18)、长焦距透镜、1/4波片组件(16)和反射镜(15)，其中反射镜(15)位于所述长焦距透镜的焦平面；窄带滤光片安装座(9)可绕轴旋转；底座(6)上设有压电陶瓷安装孔(611)用于安装压电陶瓷安装座(13)；压电陶瓷(14)一端与压电陶瓷安装座(13)连接，压电陶瓷(14)另一端与反射镜(15)相连；通过旋转压电陶瓷安装座(13)使反射镜(15)位于所述长焦距透镜的焦平面。

Description

一种可调谐猫眼激光器及调节方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，涉及一种可调谐猫眼激光器及调节方法。
背景技术
外腔半导体激光器具有可调谐范围宽、线宽窄、波长覆盖范围大等优点，广泛应用于原子物理、激光光谱、量子精密测量等领域。外腔激光器将谐振腔延申至激光管外部，利用光学反馈元件实现外部光振荡，腔长得到极大增加，这有效的压窄了激光线宽。同时，腔长的稳定性也是影响激光线宽的重要因素。猫眼系统具有对光路偏移不敏感、机械与热稳定性好的特点，将猫眼系统应用于外腔半导体激光器可增强腔长的稳定性，得到更高质量的窄线宽激光。
刘金玉提出了一种852nm窄带滤光片外腔反馈半导体激光器的优化，其主要通过调整架调节角度，调整架具有调节精度高，调节简便等优点，但是其具有热稳定性差、抗震性差、存在漂移等缺点，在使用过程中需不断校正，不适用于激光器产品。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种可调谐猫眼激光器及调节方法。
本发明的技术方案为：
一种可调谐猫眼激光器，包括用于安装窄带滤光片10、反射镜15的底座6，其特征在于，所述底座6上设有窄带滤光片安装座9，该窄带滤光片安装座9上安装所述窄带滤光片10；所述窄带滤光片10后依次设有偏振分光棱镜18、长焦距透镜、1/4波片组件16和所述反射镜15，其中所述反射镜15位于所述长焦距透镜的焦平面；所述窄带滤光片安装座9可绕轴旋转，用于调节所述窄带滤光片10与激光之间的夹角；
所述底座6上设有压电陶瓷安装孔611用于安装压电陶瓷安装座13；压电陶瓷14一端与所述压电陶瓷安装座13连接，压电陶瓷14另一端与反射镜15相连；通过旋转所述压电陶瓷安装座13改变反射镜15与所述长焦距透镜之间的距离，使所述反射镜15位于所述长焦距透镜的焦平面。
进一步的，所述窄带滤光片安装座9两端设计为圆形，其中一端为小端，另一端外侧设有调节结构，称为大端；所述调节结构上设有垂直于所述底座上表面的螺纹孔902以及垂于所述底座6侧面的若干个通孔901，所述底座6上表面设有沉孔601和螺纹孔604，所述底座6上设定固定槽610和调节槽607，所述调节槽607设有与所述固定槽610同轴的孔，用于将所述窄带滤光片安装座9插入所述底座6；所述小端安装在固定槽610中且可转动，所述大端安装在调节槽607中，螺钉穿过通孔901与所述调节槽607中的螺纹孔608配合，将所述窄带滤光片安装座9安装在底座6上；螺钉穿过沉孔601与螺纹孔902配合为所述窄带滤光片安装座9提供一个向上的拉力，螺纹孔604安装有顶丝，用于为所述窄带滤光片安装座9提供一个向下的压力，通过调整穿过沉孔601的螺钉或所述顶丝实现对所述窄带滤光片安装座9的旋转调节。
进一步的，所述底座6上设有激光管安装槽606用于安装激光管12，所述激光管12输出的光束经非球面透镜后整形为平行光后入射到所述窄带滤光片10滤波，所述可调谐猫眼激光器的外壳上设有光窗口7，用于输出激光。
进一步的，所述底座6上设有非球面透镜安装孔602；所述非球面透镜安装孔602具有内螺纹，用于安装带有外螺纹的非球面透镜；所述底座6上设有顶丝孔603用于安装顶丝，固定调节完成的所述非球面透镜。
进一步的，所述激光管12通过激光二极管压块19固定在激光管安装座11上；所述激光管安装座11左右两侧各有一个螺纹孔1101，螺钉穿过所述底座6上的沉孔605与螺纹孔1101配合，将激光管安装座11与底座6安装在一起；通过调节两侧螺钉的松紧程度，实现激光管12的左右平移调节。
进一步的，所述窄带滤光片10粘接在所述窄带滤光片安装座9上。
进一步的，所述底座6上设有螺纹孔613，用于固定偏振分光棱镜座17与1/4波片组件16。
进一步的，所述底座6上设有透镜安装孔612，用于安装所述长焦距透镜。
进一步的，还包括由底板1、侧盖板2、上盖板3、后盖板4组成的激光器外壳，出光窗口7位于上盖板3；后盖板4装有电路接口8，发光管12、半导体制冷器5、热敏电阻与压电陶瓷14通过电路接口8与控制机箱相连，实现对激光器波长与功率的控制。
一种可调谐猫眼激光器的调节方法，其步骤包括：
1)在底座6上安装激光管12和非球面透镜；调节非球面透镜与激光管12之间距离，根据激光的平行性，将激光管12的发光点调节至非球面透镜焦平面上；调节激光管安装座11两端螺钉，根据光斑的对称性，将激光管12的发光点调节至非球面透镜焦点；
2)旋转调节压电陶瓷安装座13，使反射镜15处于长焦距透镜焦平面处；
3)调节1/4波片角度，使得输出激光光功率达到最大；旋转窄带滤光片安装座9，调节激光波长至目标波长附近；调整压电陶瓷14，扫描激光器腔长，调谐激光器频率。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
各部件均采用相同的紫铜材料制造，各部分膨胀系数相同，具有良好的热稳定性。
在调节完成，固定螺钉后，激光系统为全固态系统，系统具有良好的抗环境干扰能力。
滤光片粘接在滤光片安装座上随其一起调节，滤光片安装座嵌入在底座中，只能一维绕轴转动。转动由螺钉与顶丝的拉和顶实现，调节精度高。在调节完成后，滤光片安装座与底座紧固在一起，固化了滤光片与激光管的相对位置，提高了系统的稳定性。
反射镜通过压电陶瓷间接粘接在压电陶瓷安装座上，压电陶瓷安装座与底座之间为螺纹连接，其转动转化为前后进动带动反射镜前后调节。调节完成后，顶丝将压电陶瓷安装座固定，增加稳定性。
附图说明
图1为本发明整体结构图；
图2为本发明光路示意图；
图3为激光管安装图；
图4为窄带滤光片安装图；
图5为底座结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的详细方法流程作进一步地描述：
如图1所示，整个系统包括底板1、侧盖板2、上盖板3、后盖板4、半导体制冷器5、底座6、出光窗口7、电路接口8、窄带滤光片安装座9、窄带滤光片10、激光管安装座11、激光管12、压电陶瓷安装座13、压电陶瓷14、反射镜15、1/4波片组件16、偏振分光棱镜座17、偏振分光棱镜18等组成。
底板1、侧盖板2、上盖板3、后盖板4通过螺钉连接，组成激光器的外壳，减小外界空气扰动与灰尘对激光器的损伤。出光窗口7位于上盖板3，需根据激光器的波段合理选用窗片。后盖板4装有电路接口8，发光管12、半导体制冷器5、热敏电阻与压电陶瓷14通过电路接口8与控制机箱相连，实现对激光器波长与功率的控制。
如图2所示，激光管12发出发散光，经非球面透镜后整形为平行光，平行光经窄带滤光片10滤波后透过偏振分光棱镜18，在长焦距透镜的作用下开始会聚，会聚中穿过1/4波片组件16，经处于长焦距透镜焦距处的反射镜15反射，光线原路返回，再次穿过1/4波片组件16，光线两次穿过1/4波片，线偏振方向发生改变，光线经偏振分光棱镜反射，最后经出光窗口7形成激光器的输出激光。经反射镜反射原路返回的激光少部分会透过偏振分光棱镜18回到激光管12，形成共振，激光管到反射镜之间形成激光器的共振腔，如此极大的增加了腔长，能有效压窄激光线宽。同时，通过调节1/4波片的角度，可以控制光反馈的强度，得到最佳反馈光强。
如图3所示，为激光管的安装示意图。激光管12通过激光二极管压块19固定在激光管安装座11上。激光管安装座11左右两侧各有一个螺纹孔1101，螺钉穿过图5中底座6上的沉孔605与螺纹孔1101配合，如此激光管安装座11与底座6安装在一起。通过调节两侧螺钉的松紧程度，可实现激光管12的左右平移调节。
图4为滤光片安装示意图，方形窄带滤光片10粘接在窄带滤光片安装座9上。窄带滤光片安装座9两端设计为圆形，小端部分安装在图5固定槽610中，大端安装在调节槽607中，如此窄带滤光片安装座9可绕轴旋转，调节方形窄带滤光片10与激光之间的夹角。
图5为底座示意图，激光管安装槽606用于安装激光管12。非球面透镜安装孔602具有内螺纹，用于安装带有外螺纹的透镜。非球面透镜将激光管发出的发散光准直为平行光。顶丝孔603用于安装顶丝，进一步固定调节完成的透镜。固定槽610与调节槽607用于安装窄带滤光片安装座9。螺钉穿过通孔901与螺纹孔608配合，将窄带滤光片安装座9安装在底座6上。螺钉穿过沉孔601与螺纹孔902配合为窄带滤光片安装座9提供一个向上的拉力，螺纹孔604安装有顶丝，为窄带滤光片安装座9提供一个向下的压力，如此实现窄带滤光片安装座9的旋转调节。螺纹孔613用于固定偏振分光棱镜座17与1/4波片组件16。
透镜安装孔612用于安装长焦距透镜，压电陶瓷安装孔611用于安装压电陶瓷安装座13。压电陶瓷14与压电陶瓷安装座13通过粘接相连，压电陶瓷14另一端与反射镜15通过粘接相连。旋转压电陶瓷安装座13可改变反射镜15与透镜之间的距离，当反射镜15位于透镜焦平面处时，反射镜与透镜组成猫眼结构，此结构具有较强的抗环境扰动性能，可保证光线总是原路返回。
本发明的调节方法流程为：
1)按图3所示，完成激光管12的安装；按图4所示，完成窄带滤光片10的安装；按图1中所示，完成压电陶瓷安装座13、压电陶瓷14、反射镜15的安装。
2)将底座6、半导体制冷器5与底板1安装在一起。
3)将激光管安装座11安装在底座6上，安装非球面透镜，旋转非球面透镜，调节非球面透镜与激光管12之间距离，根据激光的平行性，将激光管12的发光点调节至非球面透镜焦平面上；调节激光管安装座11两端螺钉，根据光斑的对称性，将激光管12的发光点调节至非球面透镜焦点。
4)将窄带滤光片安装座9安装至底座6上。
5)将长焦距透镜安装在透镜安装孔612，将偏振分光棱镜18与1/4波片组件16安装在底座6上。将粘接了压电陶瓷14与反射镜15的压电陶瓷安装座13安装在压电陶瓷安装孔611，旋转调节压电陶瓷安装座13，使反射镜15处于长焦距透镜焦平面处。
6)调节1/4波片角度，使得输出激光光功率达到最大，激光管得到最佳光反馈功率。旋转窄带滤光片安装座9，调节激光波长至目标波长附近。扫描压电陶瓷14，即在扫描激光器腔长，调谐激光器频率。
通过以上步骤完成了可调谐猫眼激光器的调试，使激光器工作在目标频率。
需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种可调谐猫眼激光器，包括用于安装窄带滤光片(10)、反射镜（15）的底座（6），其特征在于，所述底座（6）上设有窄带滤光片安装座(9)，该窄带滤光片安装座(9)上安装所述窄带滤光片(10)；所述窄带滤光片(10)后依次设有偏振分光棱镜（18）、长焦距透镜、1/4波片组件（16）和所述反射镜（15），其中所述反射镜（15）位于所述长焦距透镜的焦平面；所述窄带滤光片安装座(9)可绕轴旋转，用于调节所述窄带滤光片（10）与激光之间的夹角；
所述底座（6）上设有压电陶瓷安装孔（611）用于安装压电陶瓷安装座（13）；压电陶瓷（14）一端与所述压电陶瓷安装座（13）连接，压电陶瓷（14）另一端与反射镜（15）相连；通过旋转所述压电陶瓷安装座（13）改变反射镜（15）与所述长焦距透镜之间的距离，使所述反射镜（15）位于所述长焦距透镜的焦平面；
所述底座（6）上设有激光管安装槽（606）用于安装激光管（12），所述激光管（12）输出的光束经非球面透镜后整形为平行光后入射到所述窄带滤光片(10)滤波，所述可调谐猫眼激光器的外壳上设有出光窗口（7），用于输出激光；所述底座（6）上设有非球面透镜安装孔（602）；所述非球面透镜安装孔（602）具有内螺纹，用于安装带有外螺纹的非球面透镜；所述底座（6）上设有顶丝孔（603）用于安装顶丝，固定调节完成的所述非球面透镜；
所述窄带滤光片安装座(9)两端设计为圆形，其中一端为小端，另一端外侧设有调节结构，称为大端；所述调节结构上设有垂直于所述底座上表面的第一螺纹孔（902）以及垂于所述底座（6）侧面的若干个通孔（901），所述底座（6）上表面设有沉孔（601）和第二螺纹孔（604），所述底座（6）上设定固定槽（610）和调节槽（607），所述调节槽（607）设有与所述固定槽（610）同轴的孔，用于将所述窄带滤光片安装座(9)插入所述底座（6）；所述小端安装在固定槽（610）中且可转动，所述大端安装在调节槽（607）中，螺钉穿过通孔（901）与所述调节槽（607）中的第三螺纹孔（608）配合，将所述窄带滤光片安装座(9)安装在底座（6）上；螺钉穿过沉孔（601）与第一螺纹孔（902）配合为所述窄带滤光片安装座(9)提供一个向上的拉力，第二螺纹孔（604）安装有顶丝，用于为所述窄带滤光片安装座(9)提供一个向下的压力，通过调整穿过沉孔（601）的螺钉或第二螺纹孔（604）中的所述顶丝实现对所述窄带滤光片安装座(9)的旋转调节。
2.如权利要求1所述的可调谐猫眼激光器，其特征在于，所述激光管（12）通过激光二极管压块（19）固定在激光管安装座（11）上；所述激光管安装座（11）左右两侧各有一个第四螺纹孔（1101），螺钉穿过所述底座（6）上的沉孔（605）与第四螺纹孔（1101）配合，将激光管安装座（11）与底座（6）安装在一起；通过调节两侧螺钉的松紧程度，实现激光管（12）的左右平移调节。
3.如权利要求1所述的可调谐猫眼激光器，其特征在于，所述窄带滤光片（10）粘接在所述窄带滤光片安装座(9)上。
4.如权利要求1所述的可调谐猫眼激光器，其特征在于，所述底座（6）上设有第五螺纹孔（613），用于固定偏振分光棱镜座（17）与1/4波片组件（16）。
5.如权利要求1所述的可调谐猫眼激光器，其特征在于，所述底座（6）上设有透镜安装孔（612），用于安装所述长焦距透镜。
6.如权利要求1所述的可调谐猫眼激光器，其特征在于，还包括由底板(1)、侧盖板(2)、上盖板(3)、后盖板(4)组成的激光器外壳，出光窗口（7）位于上盖板(3)；后盖板(4)装有电路接口（8），激光管(12)、半导体制冷器(5)、热敏电阻与压电陶瓷（14）通过电路接口（8）与控制机箱相连，实现对激光器波长与功率的控制。
7.一种如权利要求1所述可调谐猫眼激光器的调节方法，其步骤包括：
在底座（6）上安装激光管（12）和非球面透镜；调节非球面透镜与激光管（12）之间距离，根据激光的平行性，将激光管（12）的发光点调节至非球面透镜焦平面上；调节激光管安装座(11)两端螺钉，根据光斑的对称性，将激光管（12）的发光点调节至非球面透镜焦点；
旋转调节压电陶瓷安装座（13），使反射镜（15）处于长焦距透镜焦平面处；
调节1/4波片角度，使得输出激光光功率达到最大；旋转窄带滤光片安装座(9)，调节激光波长至目标波长附近；调整压电陶瓷（14），扫描激光器腔长，调谐激光器频率。
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