CN108288815B - 一种环形激光谐振腔光阑装调***及其装调方法 - Google Patents

一种环形激光谐振腔光阑装调***及其装调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环形激光谐振腔光阑装调***，包括一固定在基座上的待装配的环形谐振腔腔体，环形谐振腔腔体一侧外设置有激光泵浦源，环形谐振腔腔体的一个角上设置有棱镜，另外三个角上均设置有反射镜，沿棱镜出射的激光束水平方向设置有光电探测器，光电探测器通过导线依次连接有激光器频率控制箱和频率伺服器。装调方法包括：首先，将环形谐振腔腔体出射的激光束通过棱镜以布儒斯特角输出光对准入射至光电探测器的光敏面上，之后打开激光器频率控制箱，进行模态扫描和稳频，利用光阑装配前后激光泵浦源的电压变化量检测光阑的装配位置。本***检测过程简单、处理快捷且装配结果准确。

Description

一种环形激光谐振腔光阑装调***及其装调方法
技术领域
本发明涉及精密装配技术领域，具体涉及一种环形激光谐振腔光阑装调***，还涉及该***的装调方法。
背景技术
环形激光器是激光陀螺、激光重力仪、光谱检测等应用领域的核心器件。对于具有高性能、高稳定度要求的相干检测激光光源——环形激光器，通过光阑限制谐振腔高阶横模起振并控制满足限模要求的最低损耗状态，直接关系着这类激光器工作时的精度和稳定性。这种环形激光器对光阑的装配位置精度要求非常高，一般微米级的位置误差就足以对干涉检测精度和工作稳定性产生影响。目前，传统的环形激光器光阑装配方法是由专业技术工人，使用倍率计将装配位置放大10～20倍，依靠人眼观察光阑棱边到光斑边缘的距离，进行定位装配。由于涉及微观尺寸的测量，受观察角度、操作熟练度、激光模式状态以及工人主观因素等的影响，保证装配结果的稳定、可靠且一致是非常困难的。
发明内容
本发明的目的是提供一种环形激光谐振腔光阑装调***，实现了环形激光谐振腔光阑的精密装配。
本发明的另一目的是提供上述环形激光谐振腔光阑装调方法。
本发明所采用的技术方案是，一种环形激光谐振腔光阑装调***，包括一固定在基座上的待装配的环形谐振腔腔体，环形谐振腔腔体内充有He-Ne增益气体的一侧外设置有激光泵浦源，环形谐振腔腔体的一个角上设置有棱镜，环形谐振腔腔体的另外三个角上均设置有反射镜，任意一个反射镜的内侧加装有贴片外光阑，沿棱镜出射的激光束水平方向设置有光电探测器，光电探测器通过导线连接有激光器频率控制箱，激光器频率控制箱通过导线连接有频率伺服器，频率伺服器和环形谐振腔腔体通过橡胶管连接，且频率伺服器位于所述激光泵浦源相对的一侧。
本发明所采用的另一个技术方案是，一种环形激光谐振腔光阑装调方法，具体步骤如下：
步骤1，通过激光泵浦源施加电压，引燃环形谐振腔腔体，环形谐振腔腔体出射的激光束通过棱镜以布儒斯特角输出光对准入射至光电探测器的光敏面上；
步骤2，经步骤1后，打开激光器频率控制箱，进行模态扫描，模态扫描的时间为1min～2min；
步骤3，经步骤2后，当激光器频率控制箱上显示最大光强度时，通过激光器频率控制箱锁定镍铬合金加热丝的电压，并在该电压下进行稳频；
步骤4，经步骤3后，降低激光泵浦源的电压至光电探测器显示的光强度为0，记录此时激光泵浦源的电压U1；
步骤5，经步骤4后，将待装配的光阑放置装配位置周围，再次降低激光泵浦源的电压至光电探测器显示的光强度为0，记录此时激光泵浦源的电压U2，计算U1与U2电压差值的绝对值ΔU，当ΔU为0.14V～0.16V时，即可完成光阑装配；若ΔU小于0.14V，则将光阑靠近激光束边缘；若ΔU大于0.16V，则将光阑远离激光束边缘。
本发明的特点还在于，
棱镜外套有密封罩，密封罩外边缘由密封圈密封。
密封罩的一端连接在环形谐振腔腔体的外侧壁，密封罩的另一端通过合金接嘴连接在频率伺服器外侧壁。
棱镜为等腰梯形或直角梯形，等腰梯形的腰长与下底之间的角度为85.53°，直角梯形的腰长与下底之间的角度为79.46°。
光电探测器由三维调节支架支撑。
频率伺服器，包括控制盒，控制盒内设置有镍铬合金加热丝，控制盒的一侧内壁设置有压电陶瓷片，压电陶瓷片的表面粘贴有弹性膜片，控制盒通过橡胶管与环形谐振腔腔体连接。
本发明的有益效果是，在稳频状态下，通过光阑装配前、后激光泵浦源电压的变化量来检测光阑的装配位置，显著降低人为主观因素的影响，使得检测结果更加准确。
附图说明
图1为本发明一种环形激光谐振腔光阑装调***的结构示意图。
图中，1.环形谐振腔腔体，2.棱镜，3.反射镜，4.密封罩，5.频率伺服器，6.镍铬合金加热丝，7.压电陶瓷片，8.弹性膜片，9.橡胶管，10.激光泵浦源，11.贴片外光阑，12.光电探测器，13.三维调节支架，14.激光器频率控制箱，15.控制盒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种环形激光谐振腔光阑装调***，如图1所示，包括一固定在基座上的待装配的环形谐振腔腔体1，环形谐振腔腔体1内充有He-Ne增益气体的一侧外设置有激光泵浦源10，环形谐振腔腔体1的一个角上设置有棱镜2，环形谐振腔腔体1的另外三个角上均设置有反射镜3，任意一个反射镜3的内侧加装有贴片外光阑11，沿棱镜2出射的激光束水平方向设置有光电探测器12，光电探测器12由三维调节支架13支撑，光电探测器12通过导线连接有激光器频率控制箱14，激光器频率控制箱14通过导线连接有频率伺服器5，且频率伺服器5位于激光泵浦源10相对的一侧。
频率伺服器5，包括控制盒15，控制盒15内设置有镍铬合金加热丝6，控制盒15的一侧内壁设置有压电陶瓷片7，压电陶瓷片7的表面粘贴有弹性膜片8，控制盒15通过橡胶管9与环形谐振腔腔体1连接。
棱镜2外套有密封罩4，密封罩4的一端连接在环形谐振腔腔体1的外侧壁，密封罩4的另一端通过合金接嘴19连接在频率伺服器5外侧壁，密封罩4外边缘由密封圈密封，密封罩4由石英玻璃材料制成。
棱镜2为等腰梯形或直角梯形，等腰梯形的腰长与下底之间的角度为85.53°，直角梯形的腰长与下底之间的角度为79.46°。
本发明一种环形激光谐振腔光阑装调***的工作原理是：
引燃环形谐振腔腔体1中的He-Ne增益气体，环形谐振腔腔体1出射的激光束通过棱镜2以布儒斯特角输出光对准入射至光电探测器12的光敏面上，之后转变成电信号，经激光器频率控制箱14处理后，将电信号输出到频率伺服器5中，频率伺服器5通过控制环形谐振腔腔体1光路气道内的气体折射率，实现环形谐振腔腔体1的稳频，最后，根据光阑装配前后激光泵浦源10电压的变化量调整光阑装配位置，直至满足装配要求。
激光器频率控制箱14可控制镍铬合金加热丝6的电压，通过调节镍铬合金加热丝6的电压，可实现无干扰稳频。
上述环形激光谐振腔光阑装调方法，具体步骤如下：
步骤1，通过激光泵浦源10施加电压，引燃环形谐振腔腔体1，环形谐振腔腔体1出射的激光束通过棱镜2以布儒斯特角输出光对准入射至光电探测器12的光敏面上；
步骤2，经步骤1后，打开激光器频率控制箱14，进行模态扫描，模态扫描的时间为1min～2min；
步骤3，经步骤2后，当激光器频率控制箱14上显示最大光强度时，通过激光器频率控制箱14锁定镍铬合金加热丝6的电压，并在该电压下进行稳频；
步骤4，经步骤3后，降低激光泵浦源10的电压至光电探测器12显示的光强度为0时，记录此时激光泵浦源10的电压U1；
步骤5，经步骤4后，将待装配的光阑放置装配位置周围，再次降低激光泵浦源10的电压至光电探测器12显示的光强度为0时，记录此时激光泵浦源10的电压U2，计算U1与U2电压差值的绝对值ΔU，当ΔU为0.14V～0.16V时，即可完成光阑装配；若ΔU小于0.14V，则将光阑靠近激光束边缘；若ΔU大于0.16V，则将光阑远离激光束边缘。
本发明一种环形激光谐振腔光阑装调***，将棱镜设计成等腰梯形或者直角梯形，从而保证了环形激光谐振腔振荡光的线偏振性，使光束按照布儒斯特角入射棱镜，其折射光为线偏振状态，避免了圆偏振、椭圆偏振光造成的检验灵敏度下降，这样可直接获得线偏振光，避免了在光路中添置偏振片造成环形激光谐振腔增的额外损耗，影响检测结果。
本发明一种环形激光谐振腔光阑装调***，借助棱镜获得稳频信号光，在环形谐振腔光阑装配过程中实现稳频，提高了装配质量，实现了光阑的精密装配，本发明的***可适用于各类高精度相干检测用激光光源的光阑及腔内***元件的精密装配。

Claims (2)

1.一种环形激光谐振腔光阑装调方法，其特征在于，基于一种环形激光谐振腔光阑装调***，包括一固定在基座上的待装配的环形谐振腔腔体(1)，所述环形谐振腔腔体(1)内充有He-Ne增益气体的一侧外设置有激光泵浦源(10)，所述环形谐振腔腔体(1)的一个角上设置有棱镜(2)，所述环形谐振腔腔体(1)的另外三个角上均设置有反射镜(3)，任意一个所述反射镜(3)的内侧加装有贴片外光阑(11)，沿所述棱镜(2)出射的激光束水平方向设置有光电探测器(12)，所述光电探测器(12)通过导线连接有激光器频率控制箱(14)，所述激光器频率控制箱(14)通过导线连接有频率伺服器(5)，所述频率伺服器(5)和所述环形谐振腔腔体(1)通过橡胶管(9)连接，且所述频率伺服器(5)位于所述激光泵浦源(10 )相对的一侧，所述棱镜(2)外套有密封罩(4)，所述密封罩(4)外边缘由密封圈密封，所述密封罩(4)的一端连接在所述环形谐振腔腔体(1)的外侧壁，所述密封罩(4)的另一端通过合金接嘴连接在所述频率伺服器(5)外侧壁，所述棱镜(2)为等腰梯形或直角梯形，所述等腰梯形的腰长与下底之间的角度为85.53°，所述直角梯形的腰长与下底之间的角度为79.46°，所述光电探测器(12)由三维调节支架(13)支撑，所述频率伺服器(5)，包括控制盒(15)，所述控制盒(15)内设置有镍铬合金加热丝(6)，所述控制盒(15)的一侧内壁设置有压电陶瓷片(7)，所述压电陶瓷片(7)的表面粘贴有弹性膜片(8)，所述控制盒(15)通过橡胶管(9)与所述环形谐振腔腔体(1)连接；
该装调方法具体步骤如下：
步骤1，通过激光泵浦源(10)施加电压，引燃环形谐振腔腔体(1)，环形谐振腔腔体(1)出射的激光束通过棱镜(2)以布儒斯特角输出光对准入射至光电探测器(12)的光敏面上；
步骤2，经步骤1后，打开激光器频率控制箱(14)，进行模态扫描；
步骤3，经步骤2后，当激光器频率控制箱(14)上显示最大光强度时，通过激光器频率控制箱(14)锁定镍铬合金加热丝(6)的电压，并在该电压下进行稳频；
步骤4，经步骤3后，降低激光泵浦源(10)的电压至光电探测器(12)显示的光强度为0，记录此时激光泵浦源(10)的电压U1；
步骤5，经步骤4后，将待装配的光阑放置装配位置周围，再次降低激光泵浦源(10)的电压至光电探测器(12)显示的光强度为0，记录此时激光泵浦源(10)的电压U2，计算U1与U2电压差值的绝对值ΔU，当ΔU为0.14V～0.16V时，即可完成光阑装配；若ΔU小于0.14V，则将光阑靠近激光束边缘；若ΔU大于0.16V，则将光阑远离激光束边缘。
2.根据权利要求1所述的一种环形激光谐振腔光阑装调方法，其特征在于，所述步骤2中，模态扫描的时间为1min～2min。
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