多程级联放大激光驱动器的调试装置和方法

文档序号:26138314发布日期:2021-08-03 14:21阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种多程级联放大激光驱动器的调试装置,该多程级联放大激光驱动器(7)包括传输空间滤波器(71),助推放大器(72),助推反射镜(73),透反偏振片(74),腔反射镜(75),电光开关(76),腔空间滤波器(77),腔放大器(78)和变形镜(79),其特征在于:该调试装置包括光纤光源组件(1),楔形反射镜(2),波前采集组件(3),波片组件(4),真空机组(5)和计算机(6);

所述的传输空间滤波器(71)包括传输空间真空管道、及固定在该传输空间真空管道前后两端的传输空间输入透镜(712)、传输空间输出透镜(711)和传输空间滤波孔盘(713),所述的传输空间输出透镜(711)固定在真空管道上,所述的传输空间输入透镜(712)具备驱动电机,在真空和大气状态下可沿传输空间真空管道轴向平移;

所述的腔空间滤波器(77)包括腔空间真空管道、及固定在该腔空间真空管道前后两端的腔空间输入透镜(771)、腔空间输出透镜(772)和腔空间滤波孔盘(773),所述的腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)均具备驱动电机,在真空和大气状态下可沿腔空间真空管道轴向平移;

所述的光纤光源组件(1)包括两路功率可调的单模光纤光源(113)、以及位于传输空间真空管道内的第一光纤准直器(111)、第一直角全反射棱镜(112)、第二光纤准直器(121)和第二直角全反射棱镜(122);所述的单模光纤光源(113)的第一输出端通过第一路光纤(110)进入传输空间滤波器(71)的传输空间真空管道后与第一光纤准直器(111)相连,该第一光纤准直器(111)输出光束发散角与传输空间输入透镜(712)相匹配,光束经过第一直角全反射棱镜(112)分束镜像成为传输空间滤波孔盘(713)的第一小孔(7131)的出射光束;所述的单模光纤光源(113)的第二输出端通过第二路光纤(120)进入传输空间滤波器(71)的传输空间真空管道与第二光纤准直器(121)相连,该第二光纤准直器(121)输出光束发散角与传输空间滤波器(71)的传输空间输出透镜(711)相匹配,光束经过第二直角全反射棱镜(122)分束镜像成为传输空间滤波孔盘(713)的第二小孔(7132)出射光束,该出射光束经第二光纤准直器(121)和传输空间输出透镜(711)准直后入射到所述的楔形反射镜(2),所述的楔形反射镜(2)前表面镀反射膜,后表面镀增透膜;

所述的波前采集组件(3)包括波前传感器(31)和位于传输空间真空管道内的小口径透镜(32)和反射镜(33);第二光纤准直器(121)和传输空间输出透镜(711)输出的准直光束经所述的楔形反射镜(2)前表面反射后偏转微小角度返回传输空间输出透镜(711),经所述的反射镜(33)反射后进入小口径透镜(32)完成光束缩束后,入射至波前传感器(31);

所述的波片组件(4)包括位于所述的腔空间真空管道内第一波片(41)、第一波片驱动电机、第二波片(42)和第二波片驱动电机;第一波片(41)和第二波片(42)均为1/2波片,所述的第一波片(41)通过第一波片驱动电机移至腔空间滤波孔盘(773)的第二小孔(7732)处,所述的第二波片(42)通过第二波片驱动电机移至腔空间滤波孔盘(773)的第三小孔(7733)处;

所述的真空机组(5)包括由低真空机组和高真空机组构成的低温泵真空组合机组(51),以及传输真空闸板阀(52)和腔真空闸板阀(53);所述的传输真空闸板阀(52)和腔真空闸板阀(53)分别与传输空间滤波器(71)和腔空间滤波器(77)相连通,通过控制传输真空闸板阀(52)和腔真空闸板阀(53)的开启与关闭,维持传输空间滤波器(71)和腔空间滤波器(77)处于真空或大气状态;

所述的计算机(6)分别与所述的波前传感器(31)和变形镜(79)相连;所述的波前传感器(31)采用连续或脉冲单帧触发模式工作,测量入射至波前传感器(31)光束的像差数据;所述的计算机(6)依据波前传感器(31)的测量波前数据反馈控制所述的变形镜(79)完成像差校正。

2.根据权利要求1所述的多程级联放大激光驱动器的调试装置,其特征在于:所述的传输空间输入透镜(712)、传输空间输出透镜(711)、腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)均为厚透镜,焦距f满足如下公式:

式中:ng为透镜折射率,r1和r2分别为厚透镜两侧球面的曲率,d为透镜中心两侧球面之间的厚度,n1和n2分别为厚透镜两侧介质的折射率。

3.根据权利要求1所述的多程级联放大激光驱动器的调试装置,其特征在于:所述的第一路光纤(110)和第二路光纤(120)均为保偏光纤,输出水平偏振连续光源,并与多程级联放大激光驱动器(7)运行种子激光光源工作波长相一致;第一光纤准直器(111)和第一直角全反射棱镜(112)前后依次固定在组合调整架上,调整架具备整体升降、俯仰、偏摆、左右和前后平移五维精密调节;第一光纤准直器(111)、第一直角全反射棱镜(112)和传输空间输入透镜(712)组合产生近衍射极限傍轴平面波光束入射多程级联放大激光驱动器(7)。

4.根据权利要求1所述的多程级联放大激光驱动器的调试装置,其特征在于:开启波片真空驱动电机,使第一波片(41)和第二波片(42)分别移至腔空间滤波孔盘(773)的第二小孔(7732)和第三小孔(7733)处后,所述的近衍射极限傍轴平面波光束经所述的助推反射镜(73)、透反偏振片(74)、腔反射镜(75)和变形镜(79)反射后在腔空间滤波器(77)往返传输两次,在传输空间滤波器(71)往返传输一次,与多程级联放大激光驱动器(7)的运行种子激光光源路径相同,通过波前采集组件(3)采集所述的近衍射极限傍轴平面波光束经过多程级联放大激光驱动器(7)后输出光束的像差数据。

5.根据权利要求1所述的多程级联放大激光驱动器的调试装置,其特征在于:所述的第二光纤准直器(121)和第二直角全反射棱镜(122)前后依次固定在组合调整架上,调整架具备整体升降、俯仰、偏摆、左右和前后平移五维精密调节;所述的第二光纤准直器(121)、第二直角全反射棱镜(122)和传输空间输出透镜(711)组合产生近衍射极限同轴平面波光束入射多程级联放大激光驱动器(7),近衍射极限同轴平面波光束经楔形反射镜(2)反射进入波前采集组件(3),通过波前采集组件(3)采集所述的近衍射极限同轴平面波光束的像差数据,作为调试多程级联放大激光驱动器(7)的初始数据。

6.根据权利要求1所述的多程级联放大激光驱动器的调试装置,其特征在于:所述的传输空间输出透镜(711)固定并以其光轴为基准光轴,即多程级联放大激光驱动器(7)的调试装置和多程级联放大激光驱动器(7)所有光学元件皆以传输空间输出透镜(711)的光轴和空间位置为参照基准完成调试。

7.根据权利要求1所述的多程级联放大激光驱动器的调试装置,其特征在于:所述的传输空间滤波孔盘(713)和腔空间滤波孔盘(773)处的聚焦远场特征来源于光束像差特征,影响了传输空间滤波器(71)和腔空间滤波器(77)的过孔效率;激光光束在多程级联放大激光驱动器(7)传输时,远场焦斑发散角来源于离焦像差,其余像差影响焦斑形态;调节所述的传输空间滤波器(71)和腔空间滤波器(77)对应透镜的轴向空间位置可动态调整多程级联放大激光驱动器(7)输出光束离焦像差;调节所述的变形镜(79)可动态调整多程级联放大激光驱动器(7)输出光束像差和远场焦斑。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种多程级联放大激光驱动器的调试方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:

①、将传输空间滤波器(71)的传输空间真空管道安装在光学台面的支撑架上,输入端安装传输空间输入透镜(712),输出端安装并固定传输空间输出透镜(711),传输空间真空管道机械中心轴与传输空间输出透镜(711)同光轴;通过式(1)得到传输空间真空管道内为真空条件下输出透镜(711)焦距,传输空间滤波器(71)滤波孔盘(713)的第二小孔(7132)中心与传输空间输出透镜(711)真空条件下的焦点重合,在第二小孔(7132)附近安装第二光纤准直器(121)和第二直角全反射棱镜(122)组合调整架,第二光纤准直器(121)的光纤点光源小于传输空间输出透镜(711)的一倍衍射极限,并与第二小孔(7132)中心构成镜像关系;所述的单模光纤光源(113)第二输出端通过第二路光纤(120)将光源传输至第二光纤准直器(121)和第二直角全反射棱镜(122),经所述的传输空间滤波器(71)的传输空间输出透镜(711)准直后产生近衍射极限同轴平面波光束;在所述的传输空间滤波器(71)的传输空间滤波孔盘(713)的第一小孔(7131)附近安装第一光纤准直器(111)和第一直角全反射棱镜(112)组合调整架,第一光纤准直器(111)的光纤点光源小于传输空间输入透镜(712)的一倍衍射极限,并与第一小孔(7131)中心构成镜像关系;所述的单模光纤光源(113)第一输出端通过第一路光纤(110)将光源传输至第一光纤准直器(111)和第一直角全反射棱镜(112),经所述的传输空间滤波器(71)的传输空间输入透镜(712)准直后产生近衍射极限傍轴平面波光束;

②、开启所述的真空机组(5)的低温泵真空组合机组(51)的低真空机组和高真空机组、传输真空闸板阀(52)将传输空间滤波器(71)抽至真空状态;在所述的传输空间滤波器(71)的传输空间输出透镜(711)后放置楔形反射镜(2)并调节其俯仰和偏摆,近衍射极限同轴平面波光束经楔形反射镜(2)反射进入波前采集组件(3),波前传感器(31)测量缩束光束输出像差,沿轴向精细调节波前采集组件(3)中的小口径透镜(32),离焦像差调节至零,记录像差数据,记作ф0,作为调试多程级联放大激光驱动器(7)的初始数据;所述的第二光纤准直器(121)和第二直角全反射棱镜(122)的组合调整架整体平移至传输空间滤波孔盘(713)侧边,即移出光路;

③、通过激光跟踪仪,按照多程级联放大激光驱动器(7)的光路和空间排布,在传输空间滤波器(71)传输空间输入透镜(711)输出的近衍射极限傍轴平面波光束的光路中放置助推反射镜(73),调节助推反射镜(73)的水平偏转和俯仰角,使入射的近衍射极限傍轴平面波光束经过助推反射镜(73)反射后重新入射传输空间滤波器(71),经所述的第二小孔(7132)后入射楔形反射镜(2)和波前采集组件(3),波前传感器(31)记录像差数据,记作ф1;在所述的助推反射镜(73)和传输空间输入透镜(711)之间放置助推放大器(72),整体调试助推放大器(72)的水平偏转和俯仰角后,波前传感器(31)记录像差数据,记作ф2;通过所述的驱动电机调节传输空间输入透镜(711)轴向位置,当像差数据ф2中离焦像差为发散时,传输空间输入透镜(711)沿传输空间真空管道向远离所述的第二小孔(7132)的方向同轴移动,当像差数据ф2中离焦像差为汇聚时,传输空间输入透镜(711)沿传输空间真空管道向靠近所述的第二小孔(7132)的方向同轴移动,当波前传感器(31)记录的像差数据ф2中离焦像差为零时,传输空间输入透镜(711)停止移动并固定锁紧;

④、将腔空间滤波器(77)的腔空间真空管道安装在光学台面的支撑架上,输入端安装腔空间输入透镜(771),输出端安装腔空间输出透镜(772),腔空间真空管道机械中心轴与腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)同光轴;通过式(1)得到传输空间真空管道内真空条件下腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(771)焦距,通过调节驱动电机将所述的腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)的焦点重合,放置腔空间滤波器(77)的腔空间滤波孔盘(773),第五小孔(7735)中心位于与腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)共同焦点处;开启所述的真空机组(5)的低温泵真空组合机组(51)的低真空机组和高真空机组、腔真空闸板阀(53),将腔空间滤波器抽至真空,在真空条件下通过腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)的驱动电机将腔空间输入透镜(771)和腔空间输出透镜(772)调节至共轴共焦;

⑤、依据多程级联放大激光驱动器(7)的光路和空间排布,利用激光跟踪仪在所述的腔空间滤波器(77)的腔空间输出透镜(772)出口端安装变形镜(79);在腔空间滤波器(77)的腔空间输入透镜(771)处安装透反偏振片(74),并调节至偏振工作角;调节助推反射镜(73)的水平偏转和俯仰角,将传输空间滤波器(71)的传输空间输入透镜(711)输出的近衍射极限傍轴平面波光束经透反偏振片(74)反射后进入腔空间滤波器(77);腔空间滤波器(77)的腔空间输出透镜(772)和变形镜(79)之间安装腔放大器(78);近衍射极限傍轴平面波光束在腔空间滤波器(77)、腔放大器(78)、变形镜(79)内往返传输一次,返回传输空间滤波器(71),波前传感器(31)记录像差数据,记作ф3;通过驱动电机沿光轴平移腔空间输出透镜(772),当像差数据ф3中离焦像差为发散时,腔空间输出透镜(772)沿腔空间真空管道向远离第五小孔(7735)的方向同轴移动调节,当像差数据ф3中离焦像差为汇聚时,腔空间输入透镜(772)沿真空管道向靠近第五小孔(7735)的方向同轴移动调节,记录的像差数据ф3中离焦像差为零时,腔空间输出透镜(772)停止移动并完成固定锁紧;

⑥、所述的透反偏振片(74)后方安装电光开关(76)和腔反射镜(75),电光开关(76)和腔反射镜(75)镜面中心法线方向与腔空间滤波器(77)的中心光轴重合;波片组件(4)的第一波片(41)通过第一波片驱动电机移至腔空间滤波孔盘(773)的第二小孔(7732)处;波片组件(4)的第二波片(42)通过第二波片驱动电机移至腔空间滤波器(77)的滤波孔盘(773)的第三小孔(7733)处;微调透反偏振片(74)姿态将传输空间滤波器(71)的传输空间输入透镜(711)输出的近衍射极限傍轴平面波微小偏转后傍轴经过第一小孔(7731)后入射腔放大器(78)和变形镜(79),微调变形镜(79)姿态将入射光束微小偏转后傍轴穿过第二小孔(7732)和第一波片(41),光束偏振方向旋转90°后透射进入透反偏振片(74)和电光开关(76)后入射至腔反射镜(75),微调腔反射镜(75)姿态将光束折返后透射经过电光开关(76)和透反偏振片(74)入射至第三小孔(7733)和第二波片(42),光束偏振方向再次旋转90°,再次经过腔放大器(78)入射至变形镜(79),光束经变形镜(79)反射折返后经过第四小孔(7734)后通过透反偏振片(74)反射后重新返回至助推空间滤波器(71),开启波前传感器(31)记录像差数据,记作ф4;通过驱动电机沿光轴平移腔空间输入透镜(771),当像差数据ф4中离焦像差为发散时,腔空间输入透镜(771)沿腔空间真空管道向远离第五小孔(7735)的方向移动调节,当像差数据ф4中离焦像差为汇聚时,腔空间输入透镜(771)沿腔空间真空管道向靠近第五小孔(7735)的方向移动调节,当像差数据ф4中离焦像差为零时,腔空间输出透镜(771)停止移动并完成固定锁紧;

⑦、完成上述所述的调试流程后,记录的像差数据ф0,ф1,ф2,ф3,ф4中离焦像差均被调至为零,多程级联放大激光驱动器(7)具备了良好的空间滤波过孔效率;像差数据ф4和ф0的之间的差异即为多程级联放大激光驱动器(7)完成调试后的剩余像差;

⑧、将光纤光源组件(1)第一光纤准直器(111)和第一直角全反射棱镜(112)的组合调整架整体平移至传输空间滤波孔盘(713)侧边,移出光路,通过波片真空驱动电机,使第一波片(41)和第二波片(42)分别移出腔空间滤波孔盘(773)的第二小孔(7732)和第三小孔(7733),多程级联放大激光驱动器(7)调试装置完成调试工作;将运行种子激光光源注入到所述的多程级联放大激光驱动器(7)的传输空间滤波器(71)的滤波孔盘(713)的第一小孔(7131);通过波前传感器(31)、计算机(6)和变形镜(79),对种子激光光源注入多程级联放大激光驱动器(7)后输出的像差进行校正。


技术总结
一种光学调试装置和方法,具体是多程级联放大激光驱动器的调试装置和方法,该装置包括光纤光源,楔形反射镜,波前传感器,波片,真空机组和计算机。多程级联放大激光驱动器由空间滤波器,放大器,透反偏振片,反射镜,电光开关和变形镜组成。利用光纤光源,波片,波前传感器实时检测多程级联放大激光驱动器输出光束像差,反馈调节腔空间滤波器和传输空间滤波器,完成多程级联放大激光驱动器的在线精细调试。上述调节装置和方法结构简单,调整方便,检测精度高等特点,提升了多程级联放大激光驱动器在线装校调试能力和输出光束质量。

技术研发人员:朱海东;郭爱林;张攀政;刘志刚;胡恒春;吕凤年
受保护的技术使用者:中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日:2021.04.26
技术公布日:2021.08.03
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