插片式可調(diào)激光衰減裝置制造方法
【專利摘要】一種插片式可調(diào)激光衰減裝置，包括固定在底座上的同光軸的依次的第一通光孔、第一微調(diào)衰減鏡架對、第一固定衰減鏡架、第二微調(diào)衰減鏡架對、第二固定衰減鏡架、第三微調(diào)衰減鏡架對和第二通光孔；第一通光孔和第二通光孔分別位于底座的兩端；第一通光孔、第二通光孔、所有微調(diào)衰減鏡架對的旋轉(zhuǎn)軸、所有固定衰減鏡架的鏡座與所述底座一體成型；該插片式可調(diào)激光衰減裝置關于通過第二微調(diào)衰減鏡架對中旋轉(zhuǎn)軸并垂直于Z軸的平面鏡面對稱分布；第一微調(diào)衰減鏡架對、第二微調(diào)衰減鏡架對、第三微調(diào)衰減鏡架對、第一固定衰減鏡架和第二固定衰減鏡架均可供多塊衰減鏡片插入，所述的衰減鏡片均由光學玻璃制成。
【專利說明】插片式可調(diào)激光衰減裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光光強衰減裝置，特別是一種插片式可調(diào)激光衰減裝置。

【背景技術】
[0002]光衰減器是一種插入到光路中的器件，其目的是對光強進行人工可控的衰減，使輸出光在強度或功率上滿足使用要求。
[0003]當前的光衰減器依據(jù)工作原理可分為吸收式與分束式兩類。吸收式衰減器依靠衰減器件自身對光束的吸收讓通過衰減器的光束實件現(xiàn)光束能量或功率衰減。由于對光束能量的吸收，極易導致器件本身的溫升從而引入某些熱物性質(zhì)的變化，這將在一定程度上影響傳輸光束質(zhì)量；此外吸收的能量過大也容易引起衰減器件本身的損傷，所以該類衰減器通常局限于用在光束能量或功率較低的系統(tǒng)中。分束式衰減器是利用光束的特性實現(xiàn)分束，通過各光束能量的配比實現(xiàn)所需的能量衰減。當前的分束式衰減器多是利用光束的偏振特性，因此對調(diào)節(jié)光束的偏振性有一定的要求，其衰減范圍以及穩(wěn)定性取決于光束本身的偏振特性，因此適用范圍受到一定的限制；其次，該類衰減器還要涉及到光束偏振方向的調(diào)節(jié)，這不僅增加了器件制造成本與技術難度，還極易影響光束質(zhì)量；此外，該類衰減器通常只能針對特定波長的光束進行衰減，對于寬光譜光束則效果欠佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種插片式可調(diào)激光衰減裝置，克服現(xiàn)有的光強衰減裝置使用容易損壞和改變光斑質(zhì)量影響后續(xù)使用的現(xiàn)實問題，提高抗激光損傷能力、降低對光束質(zhì)量的影響、擴大可衰減的激光波長范圍的衰減器。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術解決方案是:
[0006]一種插片式可調(diào)激光衰減裝置，包括固定在底座上的同光軸的依次的第一通光孔、第一微調(diào)衰減鏡架對、第一固定衰減鏡架、第二微調(diào)衰減鏡架對、第二固定衰減鏡架、第三微調(diào)衰減鏡架對和第二通光孔；第一通光孔和第二通光孔分別位于底座的兩端；第一通光孔、第二通光孔、所有微調(diào)衰減鏡架對的旋轉(zhuǎn)軸、所有固定衰減鏡架的鏡座與所述底座一體成型；該插片式可調(diào)激光衰減裝置關于通過第二微調(diào)衰減鏡架對中旋轉(zhuǎn)軸并垂直于Z軸的平面鏡面對稱分布；第一微調(diào)衰減鏡架對、第二微調(diào)衰減鏡架對、第三微調(diào)衰減鏡架對、第一固定衰減鏡架和第二固定衰減鏡架均可供多塊衰減鏡片插入，所述的衰減鏡片均由光學玻璃制成。
[0007]該插片式可調(diào)激光衰減裝置的第一微調(diào)衰減鏡架、第二微調(diào)衰減鏡架和第三微調(diào)衰減鏡架各由與底座一體成型的旋轉(zhuǎn)軸、兩個繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的鏡片支座、壓簧、滑桿、滑桿安裝槽和細牙螺絲副構成；兩個鏡片支座共用一個旋轉(zhuǎn)軸；滑桿嵌入滑桿安裝槽，旋轉(zhuǎn)細牙螺絲副頂緊調(diào)節(jié)滑桿在滑桿安裝槽中的位置，壓簧提供滑桿回復力；細牙螺絲副垂直于Z軸安裝，滑桿的移動方向垂直于Z軸；每個鏡片支座插入的衰減鏡片的最多數(shù)量為3，多片衰減鏡片相互平行。
[0008]該插片式可調(diào)激光衰減裝置的第一固定衰減鏡架、第二固定衰減鏡架各由與底座一體成型的鏡座、多根調(diào)節(jié)螺絲、多個壓簧和多個聚四氟乙烯滾珠構成；鏡座中部有一列帶螺孔的錐孔，在每個錐孔中按聚四氟乙烯滾珠、壓簧和調(diào)節(jié)螺絲的順序構成壓緊結(jié)構；所述的固定衰減鏡架左右鏡座均相對有錯槽，構成帶角度的鏡片安裝槽，每個鏡片安裝槽插入的衰減鏡片的最多數(shù)量為9，多片衰減鏡片相互平行，通過頂緊調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)壓力大小，將衰減鏡片壓到鏡座的基準面，單一鏡片安裝槽中的多片衰減鏡片相互平行。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:
[0010]可用于光通訊和光信息處理等需要光強衰減的場合，也可用于精密測距、全息信息處理、弱吸收測量等需要對光束參數(shù)進行嚴格控制的情況。與現(xiàn)有技術相比，其具有以下優(yōu)點:
[0011]1.采用體材料作為衰減工作物質(zhì)，由于體材料抵抗激光損傷的能力比一般的薄膜大得多，同時多片衰減鏡片能分擔激光束高能量，使得在衰減的過程中衰減裝置本身可承受激光能量高，衰減裝置的使用壽命增長；
[0012]2.采用體材料作為衰減物質(zhì)，形變小、均勻性好，對入射光的光斑質(zhì)量影響較??；
[0013]3.微調(diào)衰減鏡架可小角度調(diào)節(jié)入射工作角，主要用于改變?nèi)肷涔庠谒p片上的透過率和反射率，通過工作角可調(diào)和多塊衰減片的配合實現(xiàn)光能量的連續(xù)衰減；
[0014]4.通過精確控制細牙螺絲副旋轉(zhuǎn)的角度分辨率，可提供較小范圍內(nèi)的連續(xù)激光能量衰減，達到較高的調(diào)整衰減精度；
[0015]5.工作波長范圍大，可對單波長激光光源進行衰減，也適用于具有一定波段范圍的寬光譜光源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構原理示意圖
[0017]圖2為本發(fā)明微調(diào)衰減鏡架俯視結(jié)構圖
[0018]圖3為本發(fā)明固定衰減鏡架俯視結(jié)構圖
[0019]圖4為光束偏移量與入射角度之間的關系
[0020]圖5為實施例工作原理示意圖

【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構原理示意圖，包括固定在底座7上的同光軸的依次的第一通光孔1，第一微調(diào)衰減鏡架對2，第一固定衰減鏡架5，第二微調(diào)衰減鏡架對，第二固定衰減鏡架，第三微調(diào)衰減鏡架對和第二通光孔8 ;第一通光孔1，第二通光孔8分別位于底座7的兩端，在光路前端的通光孔可作為入射通光孔，在光路后端的通光孔可作為出射通光孔，通光孔徑均> 20mm ;該插片式可調(diào)激光衰減裝置關于通過第二微調(diào)衰減鏡架對中旋轉(zhuǎn)軸6并垂直于Z軸的平面鏡面對稱分布；第一通光孔1、第二通光孔8、所有微調(diào)衰減鏡架對的旋轉(zhuǎn)軸6、所有固定衰減鏡架的鏡座4與底座7 —體成型；第一微調(diào)衰減鏡架對2，第二微調(diào)衰減鏡架對、第三微調(diào)衰減鏡架對、第一固定衰減鏡架5和第二固定衰減鏡架均可供多塊衰減鏡片3插入；衰減鏡片3均由光學透射性能均勻的光學玻璃制成，可以是K9玻璃或者石英玻璃，衰減鏡片3規(guī)格:45_X45_X2mm，尺寸可根據(jù)實際需求結(jié)構再進行調(diào)整，核心滿足通光口徑；光軸為Z軸。
[0023]圖2為本發(fā)明專利微調(diào)衰減鏡架俯視結(jié)構圖，包括有與底座7 —體成型的旋轉(zhuǎn)軸
6、兩個繞旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)的鏡片支座9、壓簧10、滑桿11、滑桿安裝槽12和細牙螺絲副13 ;兩個鏡片支座9共用一個旋轉(zhuǎn)軸6，鏡片支座9可以繞旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)；滑桿11嵌入滑桿安裝槽12，細牙螺絲副13垂直于Z軸安裝，滑桿11的移動方向垂直于Z軸，細牙螺絲副13的角度分辨率約為0.07° /圈，通過這一結(jié)構兩個鏡片支座9與通過其旋轉(zhuǎn)軸6并垂直于Z軸的直線所成的兩個夾角近似相等，旋轉(zhuǎn)細牙螺絲副13頂緊調(diào)節(jié)滑桿11在滑桿安裝槽12中的位置可以改變兩個鏡片支座9與通過其旋轉(zhuǎn)軸6并垂直于Z軸的直線所成角度，壓簧10提供滑桿11回復力；每個鏡片支座9插入的衰減鏡片3的最多數(shù)量為3，多片衰減鏡片3相互平行。
[0024]圖3為本發(fā)明專利固定衰減鏡架俯視結(jié)構圖，包括有與底座7 —體成型的鏡座301、多根調(diào)節(jié)螺絲302、多個壓簧303和多個聚四氟乙烯滾珠304 ;鏡座301中部有一列帶螺孔的錐孔，按聚四氟乙烯滾珠304、壓簧303、調(diào)節(jié)螺絲302順序，構成壓緊結(jié)構；固定衰減鏡架Z軸左右2個鏡座6均相對有錯槽，構成帶角度的鏡片安裝槽，每個鏡片安裝槽插入的衰減鏡片3的最多數(shù)量為9，多片衰減鏡片3相互平行，通過頂緊調(diào)節(jié)螺絲302調(diào)節(jié)壓力大小，將衰減鏡片3壓到鏡座301的基準面，單一鏡片安裝槽中的多片衰減鏡片3相互平行。
[0025]為了保證光束在通過該插片式可調(diào)激光衰減裝置后出射通光孔出射光點靜止，在改變光能量的衰減值時不用再進行光路的調(diào)整，分析光束偏移量與入射角度之間的關系:衰減鏡片3以常用K9玻璃為例，對He-Ne激光器波長的折射率為1.45，假設衰減鏡片厚度為1mm，得到光束偏移量與入射角度之間的關系圖(如圖4所示)。將其中一個固定衰減鏡架插入鏡片安裝槽中的衰減鏡片3與Z軸正方向的夾角固定為5.5°，光束接近垂直入射于衰減鏡片3上，此時光束偏折在0.025mm左右，在實際使用過程中，關于通過第二微調(diào)衰減鏡架對中旋轉(zhuǎn)軸6并垂直于Z軸的平面鏡面對稱分布的兩個固定衰減鏡架中插入的衰減鏡片3數(shù)量相同；將所有微調(diào)衰減鏡架對中的兩個鏡片支座9與通過其旋轉(zhuǎn)軸6并垂直于Z軸的直線所構成的兩個夾角可調(diào)節(jié)角度范圍定為4.5°?6.5°，在實際使用過程中，共用一個旋轉(zhuǎn)軸6的兩個鏡片支座9中插入的衰減鏡片3數(shù)量相等。
[0026]本插片式可調(diào)激光衰減裝置的原理是激光光束在衰減鏡片3前、后表面經(jīng)過反射和透射，實現(xiàn)分光式光束強度衰減，是反射型衰減結(jié)構。以衰減鏡片3為K9玻璃為例，K9玻璃在350-1 10nm波長范圍內(nèi)光透過率基本沒有變化，透過率近似考慮為92%，單面衰減鏡片3約有4%的Frenel反射損耗。通過衰減鏡片3后出射光束的能量與衰減鏡片3的透射率成正比關系，公式為Iend= ItlT1T2T3TfT2lriT2n (η = 2、4、6…36)，其中是I。光源發(fā)出光束的光能量初始值；Imd是經(jīng)衰減后的出射光束的光能量最終值J1是第一衰減鏡片前表面透過率；T2是第一衰減鏡片后表面透過率J2lri是第η衰減鏡片前表面透過率；Τ2η是第η衰減鏡片后表面透過率。當需要較大的衰減值時，可增大η值。通過增減衰減鏡片3實現(xiàn)光束透過率的粗調(diào)，其中可調(diào)節(jié)衰減鏡片3數(shù)量:36片。第一微調(diào)衰減鏡架對2、第二微調(diào)衰減鏡架對和第三微調(diào)衰減鏡架對上的衰減鏡片3其透過率與光束的入射角度有一定關系。因此，經(jīng)過光強衰減裝置的光束其衰減程度除了通過改變衰減鏡片3數(shù)量來控制外，還可以改變光束的入射角度利用衰減鏡片3前后表面反射光束的干涉效應來控制衰減量。
[0027]實施例一:打開激光器，激光光束從入射通光孔I穿過，在出射通光孔8附近放置一功率計9進行實時觀測經(jīng)衰減后的激光光束能量。根據(jù)想要得到的衰減值，先通過增減衰減鏡片3實現(xiàn)光束通過率的粗調(diào)，之后調(diào)整細牙螺絲副13改變?nèi)我馕⒄{(diào)衰減鏡架對上的已插入衰減鏡片的兩個鏡片支座9與通過其旋轉(zhuǎn)軸并垂直于Z軸的直線所成的角度，該角度可以是4.5°。激光光束經(jīng)過衰減鏡片3的反復衰減得到預定的衰減值后經(jīng)過出射通光孔8輸出。
[0028]實施例二:打開激光器，激光光束從入射通光孔I穿過，在出射通光孔8附近放置一功率計9進行實時觀測經(jīng)衰減后的激光光束能量。根據(jù)想要得到的衰減值，先通過增減衰減鏡片3實現(xiàn)光束通過率的粗調(diào)，之后調(diào)整細牙螺絲副13改變?nèi)我馕⒄{(diào)衰減鏡架對上的已插入衰減鏡片的兩個鏡片支座9與通過其旋轉(zhuǎn)軸并垂直于Z軸的直線所成的角度，該角度可以是6.5°。激光光束經(jīng)過衰減鏡片3的反復衰減得到預定的衰減值后經(jīng)過出射通光孔8輸出。
【權利要求】
1.一種插片式可調(diào)激光衰減裝置，特征在于其構成包括固定在底座(7)上的同光軸的依次的第一通光孔(I)、第一微調(diào)衰減鏡架對(2)、第一固定衰減鏡架(5)、第二微調(diào)衰減鏡架對、第二固定衰減鏡架、第三微調(diào)衰減鏡架對和第二通光孔(8);所述第一通光孔(I)和第二通光孔⑶分別位于底座(7)的兩端；所述第一通光孔(I)、第二通光孔(8)、所有微調(diào)衰減鏡架對的旋轉(zhuǎn)軸￠)、所有固定衰減鏡架的鏡座(4)與所述底座(7) —體成型；所述插片式可調(diào)激光衰減裝置關于通過第二微調(diào)衰減鏡架對的旋轉(zhuǎn)軸(6)并垂直于Z軸的平面呈鏡面對稱分布；所述第一微調(diào)衰減鏡架對(2)、第二微調(diào)衰減鏡架對、第三微調(diào)衰減鏡架對、第一固定衰減鏡架和第二固定衰減鏡架均可供多塊衰減鏡片(3)插入，所述的衰減鏡片(3)均由光學玻璃制成。
2.根據(jù)權利要求1所述的插片式可調(diào)激光衰減裝置，其特征是所述的微調(diào)衰減鏡架對由與底座(7) —體成型的旋轉(zhuǎn)軸(6)、兩個繞該旋轉(zhuǎn)軸(6)旋轉(zhuǎn)的鏡片支座(9)、壓簧(10)、滑桿(11)、滑桿安裝槽(12)和細牙螺絲副(13)構成；所述的兩個鏡片支座(9)共用一個所述的旋轉(zhuǎn)軸￠);所述滑桿(11)嵌入滑桿安裝槽(12)，旋轉(zhuǎn)細牙螺絲副(13)頂緊調(diào)節(jié)滑桿(11)在滑桿安裝槽(12)中的位置，壓簧(10)提供滑桿(11)回復力；所述細牙螺絲副(13)垂直于Z軸安裝，所述滑桿(11)的移動方向垂直于Z軸；所述的每個鏡片支座(9)插入的衰減鏡片(3)的最多數(shù)量為3，多片衰減鏡片(3)相互平行。
3.根據(jù)權利要求1所述的插片式可調(diào)激光衰減裝置，其特征是所述的固定衰減鏡架由與底座(7) —體成型的鏡座(301)、多根調(diào)節(jié)螺絲(302)、多個壓簧(303)和多個聚四氟乙烯滾珠(304)構成；所述鏡座(301)的中部有一列帶螺孔的錐孔，在每個錐孔中按聚四氟乙烯滾珠(304)、壓簧(303)和調(diào)節(jié)螺絲(302)的順序構成壓緊結(jié)構；所述的固定衰減鏡架左右鏡座(301)均相對有錯槽，構成帶角度的鏡片安裝槽，每個鏡片安裝槽插入的衰減鏡片(3)的最多數(shù)量為9，多片衰減鏡片(3)相互平行，通過頂緊調(diào)節(jié)螺絲(302)調(diào)節(jié)壓力大小，將衰減鏡片(3)壓到鏡座(301)的基準面，單一鏡片安裝槽中的多片衰減鏡片(3)相互平行。
【文檔編號】G02B26/02GK104166231SQ201410394489
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權日:2014年8月12日
【發(fā)明者】李大偉, 符燕燕, 趙元安, 柯立功, 郭猛, 張雷 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所