專利名稱：用于空間濾波器動態(tài)同軸調整的在線調試儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種用于空間濾波器動態(tài)同軸調整的在線調試儀，主要應用于高功率激光系統(tǒng)中的主激光束與空間濾波器的動態(tài)同軸在線地調整。
背景技術：
在高功率激光系統(tǒng)中，采用空間濾波器技術已有近30年的歷史?？臻g濾波器的主要功能是將激光放大級間的光束進行空間濾波，即在其傅里葉頻譜上，利用小孔濾除入射光束中的高頻分量，抑制高頻成分的非線性增長，防止自聚焦發(fā)生；同時還具有對光束擴束，控制光束發(fā)散度以及具有一定隔離反向激光破壞的能力等。
實踐證明，在高功率激光系統(tǒng)中采用了空間濾波器技術后，激光的亮度、能量、可聚焦功率指標都成倍提高。針對空間濾波器復雜的結構，實現(xiàn)主激光束與空間濾波器的精確同軸調試難度大、精度不夠。在先技術中是采用靜態(tài)離線的同軸調試。在先技術[1]是采用He-Ne激光與三平板干涉結構進行同軸調試。(參見在先技術[1]“釹玻璃高功率激光系統(tǒng)中空間濾波器”物理學報、王桂英、張明科等，Vol.34，No.2Feb，1985)。因為它是在靜態(tài)離線的調整，在動態(tài)時與靜態(tài)時總是存在著一定的差別，這就造成了同軸的精確度較低，而且不能實時地調整。
發(fā)明內容
本發(fā)明為了克服在先技術中靜態(tài)離線的同軸調試所存在的問題，提供一種當激光系統(tǒng)發(fā)射主激光束通過空間濾波器的工作狀態(tài)下，在線實時地調整主激光束與空間濾波器同光軸。
本發(fā)明的在線調試儀，包括含有共焦點O′的輸入透鏡601和可移動的輸出透鏡603，在輸入與輸出兩透鏡601和603之間的共焦點O′處置有濾波小孔602的空間濾波器6。在空間濾波器6的輸入透鏡601光束入射端前置有補償透鏡1，補償透鏡1與空間濾波器6同中心光軸OO2，而且與輸入和輸出兩透鏡601、603共焦點O′；在補償透鏡1與空間濾波器6之間的光路上置有起偏振片2，在起偏振片2與空間濾波器6之間的光路上置有檢偏振片4，檢偏振片4與空間濾波器6之間的光路上置有自準平面透鏡5；由置放在空間濾波器6輸出透鏡603輸出端外的全反射鏡7(或者使用系統(tǒng))按原光路返回的光束再通過空間濾波器6和自準平面透鏡5至檢偏振片4，檢偏振片4使光束前進方向偏轉45°后，再依次經過衰減器8、成像物鏡9、小孔光欄10、顯微物鏡11至輸出連接到顯示屏13上的探測器12。
所說的衰減器8是由n≥1的衰減片構成，它的輸出端面是在成像物鏡9的物面上。顯微物鏡11的入射面是在成像物鏡9的像面上。還有入射面對著檢偏振片4的入射面置放的吸收衰減器3。吸收衰減器3是由n≥1的吸收衰減片構成。
如上所示的結構，本發(fā)明的在線調試儀可以說，主要包括光軸調節(jié)系統(tǒng)，成像系統(tǒng)和記錄顯示系統(tǒng)三部分。光軸調節(jié)系統(tǒng)為由激光系統(tǒng)14發(fā)射的主激光束Gz的中心光軸OO1與空間濾波器6同中心光軸OO2地射入補償透鏡1，再依次經起偏振片2，檢偏振片4，自準平面透鏡5后進入空間濾波器6的輸入透鏡601，經輸入透鏡601聚焦在濾波小孔602內，光束穿過濾波小孔602，從空間濾波器6的輸出透鏡603出射的光束再經全反射鏡7返回原光路。利用光路中的補償透鏡1，自準平面透鏡5和全反射鏡7能夠精確地在線調節(jié)空間濾波器6與主激光束同中心光軸OO′O2。當主激光束射進空間濾波器6時，首先調節(jié)空間濾波器6的輸出透鏡603，使輸出透鏡603與輸入透鏡601在焦點O′上共焦，而且正好聚焦在濾波小孔602內。這是粗調。然后再調整補償透鏡1使補償透鏡1、輸入透鏡601和輸出透鏡603在公共焦點O′上更精確地共焦，而且公共焦點O′的中心正正好好與濾波小孔602同心，這是精調。由全反射鏡7(或使用系統(tǒng))反射的光束沿原光路返回，通過自準平面透鏡5的調整，使其入射光束與反射返回的光束嚴格的同軸。全部調整過程都可以從顯示屏13上清晰地觀察到。
成像系統(tǒng)和記錄顯示系統(tǒng)是返回光束經檢偏振片3后在45°方向上進入到衰減器8內，光強經過衰減器8衰減的光束再經過小孔光欄10濾波后，進入成像物鏡11內，成像物鏡11將空間濾波器6內的濾波小孔602內的激光束焦點上的焦斑清晰地成像在顯微物鏡11上，經顯微物鏡11擴大光斑后射到探測器12上，在顯示屏13上再現(xiàn)。由檢偏振片4反射的光束被吸收衰減器3吸收，衰減掉。
本發(fā)明的在線調試儀用于空間濾波器6在使用的動態(tài)中同軸調試，避免了在先技術1中只在空間濾波器6靜態(tài)離線調整同軸所帶來的種種弊端。例如，空間濾波器6靜態(tài)離線調整同軸是采用波長為0.6328μm的He-Ne激光與三平板干涉儀，當用He-Ne激光束做為主激光束調整與空間濾波器同軸后，推開He-Ne激光和三平板干涉儀，再推入所要使用的不同波長的主激光，前后兩種光束存在色差，而且使用光束是強光與調整光束是弱光兩者存在著由非線性效應引起的位相畸變。
本發(fā)明的在線調試儀，直接插入光路中對空間濾波器6進行動態(tài)地同軸調整，不存在兩種波長帶來的色差和激光強弱引起的位相畸變問題。本發(fā)明在線調試儀還有一個顯著優(yōu)點是通過遠場成像于探測器12上，將濾波小孔602內焦斑的像清晰地再現(xiàn)在顯示屏13上，實時觀察主激光與空間濾波器6的同光軸。所以本發(fā)明對于主激光與濾波小孔602的同心調整精度提高了幾十倍，可達到6μm。在主激光束是高能量發(fā)射時，可觀察到濾波小孔602周圍雜散光分布，以及激光等離子體對小孔的噴射。本發(fā)明還可用于診斷孔靶邊緣激光的能量空間分布。當調節(jié)空間濾波器6輸出透鏡603的Z軸方向的幾何位置，能夠使空間濾波器6射出的激光束成為2000m以上的平行光。能夠快速地進行同軸調整。
圖1為本發(fā)明的在線調試儀結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示的結構。激光系統(tǒng)14輸出的主激光束Gz的波長λ＝1.053μm，其中補償透鏡1為雙凸透鏡，材料為K9玻璃，尺寸為Ф80×8mm。透鏡兩表面鍍1.053μm高增透膜。45°起偏振片2是方形板，材料為K9玻璃，尺寸為長度100mm，寬度80mm，厚度8mm。在45°起偏振片2方形板兩表面鍍1.053μm增透膜。45°檢偏振片3也是方形板，材料為K9玻璃，尺寸為長度100mm，寬度80mm，厚度8mm。在45°檢偏振片4方形板入射主激光束Gz的表面鍍1.053μm的半反半透膜。當主激光束Gz入射到45°檢偏振片3中心位置表面時，50％的主激光能量被反射到吸收衰減器3中被吸收衰減掉。本實施中，吸收衰減器3有n＝1片吸收衰減片。吸收衰減器3是方形板，材料為黑玻璃，尺寸為長度100mm，寬度80mm，厚度8mm。在檢偏振片4出射主激光束的表面鍍對1.053μm主激光束的全反射膜。自準平面透鏡5是方形平行平板，材料為K9玻璃，尺寸為長度100mm，寬度80mm，厚度8mm。在自準平面透鏡4兩鏡面鍍對1.053μm主激光束Gz的增透膜，并要求兩鏡面平行加工精度＜λ/4?？臻g濾波器6的輸入透鏡601和輸出透鏡603，材料為K9玻璃。濾波小孔602材料為鉭或鉭鎢合金。小孔尺寸一般由物理所需的衍射極限的倍數(shù)來表達。全反射鏡8為方形板，材料為K9玻璃，尺寸為長度120mm，寬度100mm，厚度10mm。對1.053μm主激光束Gz的入射面鍍1.053μm激光全反射膜，并要求對1.053μm激光束的入射面加工精度＜λ/4。
衰減器8含有n＝4衰減片，用作降低激光強度，材料為黑玻璃，方形板，長度為80mm，寬度60mm，厚度10mm。4塊衰減片采用鍥型位置置放，衰減片多少可根據顯微物鏡11所承受的光強度而定。成像物鏡9將空間濾波器6濾波小孔602處清晰的像通過小孔光欄10濾波后，傳到顯微物鏡11上。成像物鏡9材料為K9玻璃，口徑為60mm的雙凸球面鏡，焦距為200mm。小孔光欄10，材料為銅鎢合金，直徑大于成像物鏡9在像面上光斑的直徑。顯微物鏡11口徑為Ф10mm，擴大光斑倍率為20倍，是標準的市場商品。探測器12采用一般的電荷耦合器(CCD)，顯示屏13用熒光屏。
如上所述，本發(fā)明的在線調試儀是用高低倍成像系統(tǒng)，通過遠場接收的結構，在顯示屏13上，再現(xiàn)空間濾波器6濾波小孔處清晰的激光束聚焦焦斑。調節(jié)空間濾波器6內的焦點位置，使其濾波小孔602與焦斑嚴格同心，調試精度可達6μm，比在先技術的離線調試儀近100μm的精度提高了幾十倍。
本發(fā)明在線調試儀中的自準平面透鏡5與空間濾波器6輸出端置放的全反射鏡7嚴格同軸后，通過調節(jié)空間濾波器6輸出透鏡603的Z軸方向的幾何位置，能夠使空間濾波器6射出的激光束成為2000m以上的平行光傳輸。
當激光系統(tǒng)14發(fā)射的主激光束為中高等能量時，在線調試儀可觀察空間濾波器濾波小孔邊緣雜散光分布，還可用于診斷孔靶邊緣激光的能量空間分布。
權利要求
1.一種用于空間濾波器動態(tài)同軸調整的在線調試儀，包括<1>含有共焦點(O′)的輸入透鏡(601)和輸出透鏡(603)，在輸入與輸出兩透鏡(601、603)之間的共焦點(O′)處置有濾波小孔(602)的空間濾波器(6)；其特征在于<2>在空間濾波器(6)的輸入透鏡(601)入射端之前與空間濾波器(6)同中心光軸(OO2)，與上述輸入透鏡(601)和輸出透鏡(603)共焦點(O′)也共焦的置有補償透鏡(1)，在補償透鏡(1)與空間濾波器(6)之間的光路上置有起偏振片(2)，在起偏振片(2)與空間濾波器(6)之間的光路上置有檢偏振片(4)，在檢偏振片(4)與空間濾波器(6)之間的光路上置有自準平面透鏡(5)；<3>由置放在空間濾波器(6)輸出透鏡(603)輸出端外全反射鏡(7)反射的沿原光路返回的光束再通過空間濾波器(6)和自準平面透鏡(5)至檢偏振片(4)，檢偏振片(4)使光束偏轉45°方向射出，再依次經過衰減器(8)、成像物鏡(9)、小孔光欄(10)、顯微物鏡(11)至輸出連接到顯示屏(13)上的探測器(12)；<4>所說的衰減器(8)的輸出端面是在成像物鏡(9)的物面上，顯微物鏡(11)的入射面是在成像物鏡(9)的像面上；<5>入射面對著檢偏振片(4)的入射面置放的有吸收衰減器(3)。
2.根據權利要求1所述的用于空間濾波器動態(tài)同軸調整的在線調試儀，其特征在于所說的衰減器(8)是由n≥1的衰減片構成；所說的吸收衰減器(3)是由n≥1的吸收衰減片構成。
全文摘要
一種用于空間濾波器動態(tài)同軸調整的在線調試儀,主要適用激光系統(tǒng)發(fā)射的主激光束與空間濾波器的動態(tài)同軸在線的調整。由激光系統(tǒng)發(fā)射的主激光束依次經過補償透鏡、起偏振片、檢偏振片、自準平面透鏡和空間濾波器至全反射鏡。由全反射鏡反射沿原光路返回的激光束再次通過空間濾波器和自準平面透鏡至檢偏振片后轉45°方向前進,再依次經衰減器、成像物鏡、小孔光欄、顯微物鏡至輸出連接到顯示器上的探測器。通過調節(jié)空間濾波器內輸出透鏡的粗調,調節(jié)補償透鏡的精調以及自準平面透鏡的調節(jié),能夠使主激光束嚴格地與空間濾波器同軸。通過成像物鏡的遠場成像,能夠在主激光束與空間濾波器在工作狀態(tài)的動態(tài)下,在線上進行同光軸地調整。
文檔編號G02B27/62GK1379264SQ0211173
公開日2002年11月13日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權日2002年5月17日
發(fā)明者張明科, 林尊琪, 張臻, 毛楚生, 支婷婷 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所