一种外光路补偿调节装置及由其构成的激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于激光技术领域，设计开发一种基于高功率射频板条⑶2激光器的转折镜调节整形光路偏移的补偿系统，对射频板条CO2激光器腔镜热畸变导致的整形系统光路偏移进行补偿。
【背景技术】
[0002]高功率板条0)2激光器光束质量高，结构非常紧凑小巧，不需要气体热交换器，光学损耗低，热稳定性非常高，气体消耗低，没有气体流动，谐振腔光学器件不会污染，光束质量品质因数M2可达1.2，代表了目前CO2激光器的发展方向。激光器采用非稳-波导混合腔的设计结构，该谐振腔由输出镜、反射镜以及放电平板波导构成。激光器近场输出光斑在平行于电极平面的方向近似为粗细不均的直线;在远场，光束在垂直于电极平面的方向发散很大，需要进行外光路光束整形才能实现工业应用。
[0003]高功率射频板条0)2激光器的腔镜热畸变会导致光束在光束整形系统中不稳定。初始输出光束的旁瓣不能被光束整形系统中空间滤波器有效的消除，射频板条CO2激光器整形后的输出光束出现旁瓣，输出功率稳定性受到影响。同时光斑形状也不再为理想的近圆形基模高斯分布，光束质量没有提高。输出功率的不稳定与光束质量得不到提高严重影响了激光加工的质量。此外，空间滤波器的横向失调同样意味着输出功率的损耗的增加，如果空间滤波器横向失调严重，将会使得中心主峰的能量也被消除。由于其是高斯分布，失调位移越大，损耗的功率将急剧增加。
[0004]现有的调节腔镜法针对光路失调，在腔镜的背面放置电热丝加热，其形变方向与腔镜反射面的形变方向相同，牵引腔镜背面做出相同形变，达到补偿调节的目的。这种补偿调节方法的缺点:其一:加热的反应时间较长，实时调节的优势不明显;其二:加热控制难度较大，会影响补偿调节的效果。现有的空间滤波器法，通过调节空间滤波器位置，匹配光束聚焦线和空间滤波器狭缝。该方法实时性较强，但是调节精度不高，要想获得高精度调节需使用重新设计选择新的微位移定位器、重新设计调节系统。此外，该方法没有对偏移的光轴进行任何修正，仅通过调节空间滤波器光阑位置来适应光路的失调，其光束指向性将变差，实用性不强。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于转折镜调节的外光路补偿调节装置，其目的在于将偏移的光束调至标准位置，使激光器输出模式和功率达到与光路偏移前的水平，由此解决高功率射频板条0)2激光器的腔镜热畸变导致光束在光束整形系统中不稳定的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于转折镜调节的外光路补偿调节装置。通过微位移驱动器实现转折镜绕可转动基座的中心轴线的旋转调节。转折镜旋转时将改变光束在聚焦球面镜上的投射位置，经聚焦球面镜反射后光束会聚焦线的位置将发生改变。当光束会聚焦线重新回归滤波器光阑位置时，激光器输出的激光功率达到最大值，同时光斑中由于光路偏移造成的旁瓣也被空间滤波器过滤掉。实现激光器输出模式和功率达到与光路偏移前的水平的目的。
[0007]本实用新型的技术方案为:
[0008]—种外光路补偿调节装置，其包括转折镜、微位移驱动器和可转动基座，其特征在于:
[0009]所述转折镜呈直角三棱柱形，通过自身的一个底面固定在所述可转动基座上，三棱柱形的斜面是反射面，用于将垂直于固定底面的入射激光方向，转向90度，改为平行于固定底面方向；通过所述可转动基座的转动，可调节所述转折镜的偏转角度；
[0010]所述微位移驱动器是压电陶瓷型，其一端固定，另一端由第一连杆通过连杆圆轴和第二连杆活动连接;第二连杆的另一端连接到转折镜的另一个底面，第二连杆中部通过固定圆轴旋转固定;第一连杆的水平移动能带动第二连杆相对于固定圆轴的转动;通过改变外加在微位移驱动器上电压的大小，改变第一连杆的水平位移量，带动第二连杆两端绕圆轴转动，从而带动其另一端固定连接的转折镜转动。
[0011]进一步的，所述的外光路补偿调节装置中，所述可转动基座包括金属块、弹簧组、内凹圆形底座和与之相匹配的外凸圆形柄，金属块用于固定所述转折镜，外凸圆形柄一端与金属块固定连接，另一端开有一圆通孔，通过底座圆轴，使外凸圆面与内凹圆形底座的内凹圆面转动相切配合，外凸圆形柄能以底座圆轴为轴心相对于内凹圆形底座转动。
[0012]进一步的，所述的外光路补偿调节装置中，所述的弹簧组由三根结构尺寸和力学参数相同、呈直角三角形布放的弹簧组成。
[0013]基于所述的外光路补偿调节装置，本实用新型提出一种激光器，包括激光器、外光路补偿调节装置、光路整形模块、聚焦球面镜和反馈控制模块，其特征在于:
[0014]外光路补偿调节装置的转折镜对准激光器出光窗，用于将激光器反射后，入射到聚焦球面镜上；
[0015]所述聚焦球面镜与转折镜位于同一光路，其焦点处为光路整形模块的空间滤波器;激光经聚焦球面镜对输出光束的非稳方向进行聚焦，并对输出光束的波导方向进行准直后，送入光路整形模块；
[0016]所述光路整形模块包括空间滤波器，柱面镜，输出球面镜，三者在同一光轴上；其中柱面镜位于输出球面镜之前、空间滤波器之后；用于消除输出光束中的旁瓣，改善输出光束非稳方向的光束质量；
[0017]反馈控制模块的传感器安装在输出激光光路上，其输出端与外光路补偿调节装置相连，用于控制转折镜动作;反馈控制模块通过传感器检测光路整形模块的出射激光，根据检测到的输出光功率的变化，计算出需要加载在微位移驱动器上的电压，然后将电信号传递给外光路补偿调节装置，控制微位移驱动器产生相应的位移，从而使转折镜偏转角度，达到自动调节的目的。
[0018]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于仅需调节转折镜偏转角度，不改变光束整形模块的关键器件球面镜、空间滤波器、柱面镜等器件的位置，能够取得下列有益效果:1、本实用新型提出的外光路补偿调节装置能够以更高的精度调节射频板条CO2激光器工作过程中因腔镜热畸变引起的整形系统光路偏移失调问题；2、保证激光器在各个占空比下输出功率的稳定和模式分布的稳定，提高激光器的整体稳定性;3、在实现偏移补偿微动同时，避免光束指向性问题;4、保证被加工器件的加工质量，提高加工效率。
【附图说明】
[0019]图1是外光路补偿调节装置示意图；
[0020]图2是基于外光路补偿调节装置的激光器原理示意图；
[0021]图3是基于外光路补偿调节装置的激光器整体设计示意框图；
[0022]图4是光路未偏移侧视图；
[0023]图5是光路未偏移俯视图；
[0024]图6为光路偏移失调的侧视图；
[0025]图7为光路偏移失调的俯视图；
[0026]图8为外光路补偿装置调节后光路侧视图；
[0027]图9为外光路补偿装置调节后光路俯视图；
[0028]图10是调节前后激光输出功率对比图；
[0029]图中:1-激光器，2-外光路补偿装置，3-光路整形模块，4-聚焦球面镜，5-空间滤波器，6-柱面镜，7-输出球面镜，8-反馈控制模块，9-微位移驱动器，10-第一连杆，11-第二连杆，12-转折镜，13-可转动基座，14-金属块，15-弹簧组，16-外凸圆形柄，17-内凹圆形底座，18-底座圆轴，19-连杆圆轴，20-固定圆轴。
【具体实施方式】
[0030]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]如图1示，本实施例外光路补偿调节装置主要由转折镜12、压电陶瓷微位移驱动器9和可转动基座13构成。可转动基座13包括金属块14、弹簧组15、内凹圆形底座