新型光路切換機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】新型光路切換機(jī)構(gòu)，包括沿光線照射方向順次設(shè)置的全反鏡、聚光腔、飽和吸收體、輸出鏡、導(dǎo)軌、OPO諧振腔全反鏡、OPO晶體和OPO諧振腔輸出鏡，聚光腔內(nèi)設(shè)有YAG晶體和氙燈，導(dǎo)軌的方向與光線方向垂直，導(dǎo)軌上滾動(dòng)連接有反射鏡組，反射鏡組包括支架，支架下設(shè)有沿導(dǎo)軌滾動(dòng)且可鎖緊定位的滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡和第二反射鏡，光線依次通過(guò)全反鏡、YAG晶體、飽和吸收體、輸出鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、OPO諧振腔全反鏡、OPO晶體和OPO諧振腔輸出鏡。本實(shí)用新型采用新型光路切換機(jī)構(gòu)，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛度、驅(qū)動(dòng)力、鎖緊機(jī)構(gòu)要求不高，僅需將反射鏡組調(diào)節(jié)到較高精度即可，這樣更加易于調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)精度高。
【專利說(shuō)明】新型光路切換機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種新型光路切換機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 為滿足不同工作模式、不同功能的需要，在同一激光器中，有時(shí)需要兩種激光波 長(zhǎng)互相切換。據(jù)報(bào)道，美軍幾乎所有的機(jī)載對(duì)地目標(biāo)測(cè)照激光裝備都實(shí)現(xiàn)了 l.oeym和 1. 57 i! m兩種激光波長(zhǎng)輸出能力。兩種波長(zhǎng)可以根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)合自由切換。其中， 1. 06 y m波長(zhǎng)用于作戰(zhàn)模式，1. 57 y m波長(zhǎng)用于訓(xùn)練模式。目前，實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)自由切換是激 光工程應(yīng)用領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
[0003] 在雙波長(zhǎng)的產(chǎn)生方面，國(guó)內(nèi)外都做了大量的研究。其中，采用光參量振蕩技術(shù)將 1. 06 y m波長(zhǎng)的激光調(diào)諧到1. 57 y m波長(zhǎng)是常用的一種方法。
[0004] 在雙波長(zhǎng)切換輸出方面，主要將光參量振蕩器（0P0)諧振腔部分放在一個(gè)可移動(dòng) 的整體板上，采用伺服機(jī)構(gòu)控制其在光路內(nèi)外切換，從而實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的激光輸出。但這種 切換方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，切換機(jī)構(gòu)需要很高的設(shè)計(jì)和加工精度保證。目前，還沒(méi)有哪種切換機(jī) 構(gòu)，在對(duì)伺服機(jī)構(gòu)加工、控制精度要求不高的情況下，能保證很高的調(diào)節(jié)精度。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié) 精度高的新型光路切換機(jī)構(gòu)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：新型光路切換機(jī)構(gòu)，包括沿 光線照射方向順次設(shè)置的全反鏡、聚光腔、飽和吸收體、輸出鏡、導(dǎo)軌、0P0諧振腔全反鏡、 0P0晶體和0P0諧振腔輸出鏡，聚光腔內(nèi)設(shè)有YAG晶體和氙燈，導(dǎo)軌的方向與光線方向垂直， 導(dǎo)軌上滾動(dòng)連接有反射鏡組，反射鏡組包括支架，支架下設(shè)有沿導(dǎo)軌滾動(dòng)且可鎖緊定位的 滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡和第二反射鏡，光線依次通過(guò)全反鏡、YAG晶體、飽 和吸收體、輸出鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、0P0諧振腔全反鏡、0P0晶體和0P0諧振腔輸出 鏡。
[0007] 第一反射鏡和第二反射鏡的鏡面均與光線呈45°夾角。
[0008] 采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型為有效減小雙波長(zhǎng)激光器光路切換的難度，達(dá)到 免調(diào)切換的目的，采用了一種新的結(jié)構(gòu)型式。將0P0諧振腔全反鏡、0P0晶體和0P0諧振腔 輸出鏡從主光路中移出，則通常情況下可輸出1.06 ilm波長(zhǎng)激光。當(dāng)需輸出1.57 ilm波長(zhǎng) 激光時(shí)，則通過(guò)第一反射鏡和第二反射鏡將主光路導(dǎo)入0P0諧振腔全反鏡、0P0晶體和0P0 諧振腔輸出鏡。
[0009] 若僅依靠移動(dòng)第一反射鏡實(shí)現(xiàn)切換目的，則對(duì)第一反射鏡的定位精度要求依舊很 高。且反射鏡對(duì)角度誤差還有放大作用，更不利于激光的光軸一致性。為有效解決這一問(wèn) 題，將第一反射鏡和第二反射鏡先固定在一起，并將第一反射鏡和第二反射鏡兩個(gè)反射面 調(diào)至平行，構(gòu)成一反射鏡組。將反射鏡組安裝在支架上，支架通過(guò)滾輪設(shè)在滾動(dòng)連接在導(dǎo)軌 上，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)控制其在主光路內(nèi)外切換。由于反射鏡組的兩反射面互相平行，無(wú)論在 何位置均能保證出射光線與入射光線的距離和平行度，只要入射光完全進(jìn)入第一反射鏡即 可，因此很容易保證調(diào)節(jié)精度。本實(shí)用新型采用滾動(dòng)調(diào)節(jié)方式，與滑動(dòng)調(diào)節(jié)相比具有更高的 精度，且摩擦力小，不易磨損。盡管其剛度比滑動(dòng)式導(dǎo)軌差一些，但可采用鎖緊機(jī)構(gòu)來(lái)提高 剛度，且采用反射鏡組的形式也可以大大消除導(dǎo)軌晃動(dòng)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響，從而滿足使用 要求。
[0010] 本實(shí)用新型采用新型光路切換機(jī)構(gòu)，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)剛度、驅(qū)動(dòng)力、鎖緊機(jī)構(gòu)要求不 高，僅需將反射鏡組調(diào)節(jié)到較高精度即可。由于反射鏡組在工作過(guò)程中兩反射面相對(duì)靜止 不動(dòng)，因此只需一次精密調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)每次光路切換的精度要求，達(dá)到免調(diào)切換的目的。 由于導(dǎo)軌精度對(duì)切換機(jī)構(gòu)的定位定向精度幾乎沒(méi)有影響，因此，可以采用剛度稍差的滾動(dòng) 導(dǎo)軌，從而減小驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力。本實(shí)用新型也不需要復(fù)雜的定位鎖緊機(jī)構(gòu)，采用行程開(kāi) 關(guān)即可滿足定位要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為1. 06 ilm波長(zhǎng)激光器的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0012] 圖2為1. 57 ii m波長(zhǎng)激光器的結(jié)構(gòu)原理不意圖；
[0013] 圖3為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖圖；
[0014] 圖4為反射鏡組精度分析圖；
[0015] 圖5為導(dǎo)軌定向誤差與定位誤差關(guān)系示意圖；
[0016] 圖6為本實(shí)用新型在用于同軸輸出時(shí)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖1所示，1. 06 波長(zhǎng)激光器主要包括以下器件：全反鏡1、聚光腔2、飽和吸 收體3、輸出鏡4、YAG晶體5和氙燈6。
[0018] 采用光參量振蕩器（0P0)進(jìn)行變頻的1.57pm波長(zhǎng)激光器如圖2所示，全反鏡1、 聚光腔2、飽和吸收體3、輸出鏡4、YAG晶體5、氙燈6、0P0諧振腔全反鏡7、0P0晶體8、0P0 諧振腔輸出鏡9和0P0諧振腔10。
[0019] 由圖1和圖2可知，1.06 ilm波長(zhǎng)激光器和1.57 ilm波長(zhǎng)激光器的區(qū)別在于 1. 57 ii m波長(zhǎng)激光器多了 1. 57 ii m 0P0諧振腔。因此，通過(guò)將0P0諧振腔移進(jìn)移出光路，可 實(shí)現(xiàn)激光器在1. 06 y m和1. 57 y m兩個(gè)波段之間切換。但是，由于激光器光軸一致性要求， 0P0諧振腔在移入時(shí)應(yīng)保證與原光軸同軸：既要保證光軸的定向精度，又要保證光軸的位 置精度。
[0020] 如圖3所示，本實(shí)用新型的新型光路切換機(jī)構(gòu)，包括沿光線照射方向順次設(shè)置的 全反鏡1、聚光腔2、飽和吸收體3、輸出鏡4、導(dǎo)軌12、0P0諧振腔全反鏡7、0P0晶體8和0P0 諧振腔輸出鏡9,聚光腔2內(nèi)設(shè)有YAG晶體5和氣燈6,導(dǎo)軌12的方向與光線方向垂直，導(dǎo)軌 12上滾動(dòng)連接有反射鏡組，反射鏡組包括支架，支架下設(shè)有沿導(dǎo)軌12滾動(dòng)且可鎖緊定位的 滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡10和第二反射鏡11，光線依次通過(guò)全反鏡1、YAG 晶體5、飽和吸收體3、輸出鏡4、第一反射鏡10、第二反射鏡11、0P0諧振腔全反鏡7、0P0晶 體8和0P0諧振腔輸出鏡9。
[0021] 第一反射鏡10和第二反射鏡11的鏡面均與光線呈45°夾角。
[0022] 本實(shí)用新型為有效減小雙波長(zhǎng)激光器光路切換的難度，達(dá)到免調(diào)切換的目的，采 用了一種新的結(jié)構(gòu)型式。將〇P〇諧振腔全反鏡7、0P0晶體8和0P0諧振腔輸出鏡9從主光 路中移出，則通常情況下可輸出1.06 ym波長(zhǎng)激光。當(dāng)需輸出1.57 iim波長(zhǎng)激光時(shí)，則通過(guò) 第一反射鏡10和第二反射鏡11將主光路導(dǎo)入0P0諧振腔全反鏡7、0P0晶體8和0P0諧振 腔輸出鏡9。
[0023] 若僅依靠移動(dòng)第一反射鏡10實(shí)現(xiàn)切換目的，則對(duì)第一反射鏡10的定位精度要求 依舊很高。且反射鏡對(duì)角度誤差還有放大作用，更不利于激光的光軸一致性。為有效解決 這一問(wèn)題，將第一反射鏡10和第二反射鏡11先固定在一起，并將第一反射鏡10和第二反 射鏡11兩個(gè)反射面調(diào)至平行，構(gòu)成一反射鏡組。將反射鏡組安裝在支架上，支架通過(guò)滾輪 設(shè)在滾動(dòng)連接在導(dǎo)軌12上，通過(guò)伺服機(jī)構(gòu)控制其在主光路內(nèi)外切換。由于反射鏡組的兩反 射面互相平行，無(wú)論在何位置均能保證出射光線與入射光線的距離和平行度，只要入射光 完全進(jìn)入第一反射鏡10即可，因此很容易保證調(diào)節(jié)精度。本實(shí)用新型采用滾動(dòng)調(diào)節(jié)方式， 與滑動(dòng)調(diào)節(jié)相比具有更高的精度，且摩擦力小，不易磨損。盡管其剛度比滑動(dòng)式導(dǎo)軌12差 一些，但可采用鎖緊機(jī)構(gòu)來(lái)提高剛度，且采用反射鏡組的形式也可以大大消除導(dǎo)軌12晃動(dòng) 對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響，從而滿足使用要求。
[0024] 0P0諧振腔的重復(fù)定向精度主要依靠導(dǎo)軌12精度保證。要達(dá)到0. lmrad的重復(fù) 定向精度，對(duì)于100mm長(zhǎng)的導(dǎo)軌12來(lái)說(shuō)，導(dǎo)軌12間隙應(yīng)小于lOOXtan(0.000 1)=0. 01mm。 盡管目前的高精度導(dǎo)軌12可以滿足這一需求，但加工十分困難，合格率低。且由于導(dǎo)軌12 的磨損，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用時(shí)也會(huì)降低導(dǎo)軌12精度。另外，為保證0. 1mm的重復(fù)定位精度，還必須 設(shè)計(jì)復(fù)雜精密的鎖緊機(jī)構(gòu)。
[0025] 如圖4所示，采用移動(dòng)0P0諧振腔的工作模式，當(dāng)將0P0諧振腔移進(jìn)光路后，光軸 定向精度取決與導(dǎo)軌12的重復(fù)精度及定位精度。為保證系統(tǒng)剛度，采用滑動(dòng)導(dǎo)軌12。設(shè) 導(dǎo)軌12長(zhǎng)100臟，間隙0.01臟，則最大重復(fù)定位誤差為&1'(^&11(0.01/100)=0.11]1^(1。但 此時(shí)加工精度已達(dá)到國(guó)標(biāo)4級(jí)，加工非常困難。除了角度誤差，還有定位誤差。當(dāng)滑動(dòng)導(dǎo)軌 12定位誤差為1_時(shí)，0P0諧振腔的光軸與系統(tǒng)主光軸的偏差也達(dá)到1_，無(wú)法滿足使用要 求。因此，為滿足系統(tǒng)對(duì)定位誤差的要求，必須設(shè)計(jì)復(fù)雜精密的定位機(jī)構(gòu)。
[0026] 采用移動(dòng)反射鏡組的工作模式，反射鏡組兩反射面可以事先調(diào)節(jié)到很高的平行 度。設(shè)調(diào)整后兩反射鏡平行度誤差為9。則兩反射鏡所在平面必有一條交線。為便于理 解，先分析一種特殊情況。當(dāng)交線與反射鏡組安裝面平行時(shí)，若主光路從反射鏡1的入射角 度為45°，如圖4所示，經(jīng)反射鏡組反射后光路與主光路夾角為2 0。當(dāng)反射鏡組繞垂直于 安裝面軸線方向偏轉(zhuǎn)a角時(shí)，經(jīng)反射鏡組反射后光路與主光路夾角仍為2 0。
[0027] 事實(shí)上,反射鏡2相對(duì)反射鏡1的偏角0和導(dǎo)軌12誤差引起的反射鏡組的偏角 a是隨機(jī)的空間角，不可能剛好處于安裝平面內(nèi)。如圖4所示，設(shè)反射鏡1與反射鏡組安 裝面交線方向?yàn)閄軸，反射鏡1法線方向?yàn)閅軸，反射鏡組安裝面法線方向?yàn)閆軸，三者構(gòu) 成右手坐標(biāo)系0XYZ。如圖4所示，當(dāng)反射鏡組在理論位置上時(shí)，記為在此坐標(biāo)系 下，主光軸矢量P=[l，_1，0]。
[0028] 當(dāng)反射鏡組偏離理論位置a角時(shí)，坐標(biāo)系0XYZ隨反射鏡1也偏轉(zhuǎn)a角。此角度 可分解為先繞X軸旋轉(zhuǎn)a x，然后繞Y軸旋轉(zhuǎn)a Y，再繞Z軸旋轉(zhuǎn)a z。主光軸矢量在坐標(biāo)系 OXYZ內(nèi)的方向矢量為：
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 新型光路切換機(jī)構(gòu)，其特征在于：包括沿光線照射方向順次設(shè)置的全反鏡、聚光腔、 飽和吸收體、輸出鏡、導(dǎo)軌、0P0諧振腔全反鏡、0P0晶體和0P0諧振腔輸出鏡，聚光腔內(nèi)設(shè) 有YAG晶體和氙燈，導(dǎo)軌的方向與光線方向垂直，導(dǎo)軌上滾動(dòng)連接有反射鏡組，反射鏡組包 括支架，支架下設(shè)有沿導(dǎo)軌滾動(dòng)且可鎖緊定位的滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡 和第二反射鏡，光線依次通過(guò)全反鏡、YAG晶體、飽和吸收體、輸出鏡、第一反射鏡、第二反射 鏡、0P0諧振腔全反鏡、0P0晶體和0P0諧振腔輸出鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光路切換機(jī)構(gòu)，其特征在于：第一反射鏡和第二反射鏡 的鏡面均與光線呈45°夾角。
【文檔編號(hào)】H01S3/105GK204144667SQ201420611717
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】朱曉凱, 李勇, 李衛(wèi)森, 劉朝麗, 李俊偉, 高志巧, 康朝陽(yáng), 黃尚兵, 孟冬, 晉培利, 薛珮瑤, 劉碩, 鄭建鋒, 張棟, 孟楷, 柴利飛 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所