专利名称：用于空间滤波器动态同轴调整的在线调试仪的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于空间滤波器动态同轴调整的在线调试仪，主要应用于高功率激光系统中的主激光束与空间滤波器的动态同轴在线地调整。
背景技术：
在高功率激光系统中，采用空间滤波器技术已有近30年的历史。空间滤波器的主要功能是将激光放大级间的光束进行空间滤波，即在其傅里叶频谱上，利用小孔滤除入射光束中的高频分量，抑制高频成分的非线性增长，防止自聚焦发生；同时还具有对光束扩束，控制光束发散度以及具有一定隔离反向激光破坏的能力等。
实践证明，在高功率激光系统中采用了空间滤波器技术后，激光的亮度、能量、可聚焦功率指标都成倍提高。针对空间滤波器复杂的结构，实现主激光束与空间滤波器的精确同轴调试难度大、精度不够。在先技术中是采用静态离线的同轴调试。在先技术[1]是采用He-Ne激光与三平板干涉结构进行同轴调试。(参见在先技术[1]“钕玻璃高功率激光系统中空间滤波器”物理学报、王桂英、张明科等，Vol.34，No.2Feb，1985)。因为它是在静态离线的调整，在动态时与静态时总是存在着一定的差别，这就造成了同轴的精确度较低，而且不能实时地调整。
发明内容
本发明为了克服在先技术中静态离线的同轴调试所存在的问题，提供一种当激光系统发射主激光束通过空间滤波器的工作状态下，在线实时地调整主激光束与空间滤波器同光轴。
本发明的在线调试仪，包括含有共焦点O′的输入透镜601和可移动的输出透镜603，在输入与输出两透镜601和603之间的共焦点O′处置有滤波小孔602的空间滤波器6。在空间滤波器6的输入透镜601光束入射端前置有补偿透镜1，补偿透镜1与空间滤波器6同中心光轴OO2，而且与输入和输出两透镜601、603共焦点O′；在补偿透镜1与空间滤波器6之间的光路上置有起偏振片2，在起偏振片2与空间滤波器6之间的光路上置有检偏振片4，检偏振片4与空间滤波器6之间的光路上置有自准平面透镜5；由置放在空间滤波器6输出透镜603输出端外的全反射镜7(或者使用系统)按原光路返回的光束再通过空间滤波器6和自准平面透镜5至检偏振片4，检偏振片4使光束前进方向偏转45°后，再依次经过衰减器8、成像物镜9、小孔光栏10、显微物镜11至输出连接到显示屏13上的探测器12。
所说的衰减器8是由n≥1的衰减片构成，它的输出端面是在成像物镜9的物面上。显微物镜11的入射面是在成像物镜9的像面上。还有入射面对着检偏振片4的入射面置放的吸收衰减器3。吸收衰减器3是由n≥1的吸收衰减片构成。
如上所示的结构，本发明的在线调试仪可以说，主要包括光轴调节系统，成像系统和记录显示系统三部分。光轴调节系统为由激光系统14发射的主激光束Gz的中心光轴OO1与空间滤波器6同中心光轴OO2地射入补偿透镜1，再依次经起偏振片2，检偏振片4，自准平面透镜5后进入空间滤波器6的输入透镜601，经输入透镜601聚焦在滤波小孔602内，光束穿过滤波小孔602，从空间滤波器6的输出透镜603出射的光束再经全反射镜7返回原光路。利用光路中的补偿透镜1，自准平面透镜5和全反射镜7能够精确地在线调节空间滤波器6与主激光束同中心光轴OO′O2。当主激光束射进空间滤波器6时，首先调节空间滤波器6的输出透镜603，使输出透镜603与输入透镜601在焦点O′上共焦，而且正好聚焦在滤波小孔602内。这是粗调。然后再调整补偿透镜1使补偿透镜1、输入透镜601和输出透镜603在公共焦点O′上更精确地共焦，而且公共焦点O′的中心正正好好与滤波小孔602同心，这是精调。由全反射镜7(或使用系统)反射的光束沿原光路返回，通过自准平面透镜5的调整，使其入射光束与反射返回的光束严格的同轴。全部调整过程都可以从显示屏13上清晰地观察到。
成像系统和记录显示系统是返回光束经检偏振片3后在45°方向上进入到衰减器8内，光强经过衰减器8衰减的光束再经过小孔光栏10滤波后，进入成像物镜11内，成像物镜11将空间滤波器6内的滤波小孔602内的激光束焦点上的焦斑清晰地成像在显微物镜11上，经显微物镜11扩大光斑后射到探测器12上，在显示屏13上再现。由检偏振片4反射的光束被吸收衰减器3吸收，衰减掉。
本发明的在线调试仪用于空间滤波器6在使用的动态中同轴调试，避免了在先技术1中只在空间滤波器6静态离线调整同轴所带来的种种弊端。例如，空间滤波器6静态离线调整同轴是采用波长为0.6328μm的He-Ne激光与三平板干涉仪，当用He-Ne激光束做为主激光束调整与空间滤波器同轴后，推开He-Ne激光和三平板干涉仪，再推入所要使用的不同波长的主激光，前后两种光束存在色差，而且使用光束是强光与调整光束是弱光两者存在着由非线性效应引起的位相畸变。
本发明的在线调试仪，直接插入光路中对空间滤波器6进行动态地同轴调整，不存在两种波长带来的色差和激光强弱引起的位相畸变问题。本发明在线调试仪还有一个显著优点是通过远场成像于探测器12上，将滤波小孔602内焦斑的像清晰地再现在显示屏13上，实时观察主激光与空间滤波器6的同光轴。所以本发明对于主激光与滤波小孔602的同心调整精度提高了几十倍，可达到6μm。在主激光束是高能量发射时，可观察到滤波小孔602周围杂散光分布，以及激光等离子体对小孔的喷射。本发明还可用于诊断孔靶边缘激光的能量空间分布。当调节空间滤波器6输出透镜603的Z轴方向的几何位置，能够使空间滤波器6射出的激光束成为2000m以上的平行光。能够快速地进行同轴调整。
图1为本发明的在线调试仪结构示意图。
具体实施例方式如图1所示的结构。激光系统14输出的主激光束Gz的波长λ＝1.053μm，其中补偿透镜1为双凸透镜，材料为K9玻璃，尺寸为Ф80×8mm。透镜两表面镀1.053μm高增透膜。45°起偏振片2是方形板，材料为K9玻璃，尺寸为长度100mm，宽度80mm，厚度8mm。在45°起偏振片2方形板两表面镀1.053μm增透膜。45°检偏振片3也是方形板，材料为K9玻璃，尺寸为长度100mm，宽度80mm，厚度8mm。在45°检偏振片4方形板入射主激光束Gz的表面镀1.053μm的半反半透膜。当主激光束Gz入射到45°检偏振片3中心位置表面时，50％的主激光能量被反射到吸收衰减器3中被吸收衰减掉。本实施中，吸收衰减器3有n＝1片吸收衰减片。吸收衰减器3是方形板，材料为黑玻璃，尺寸为长度100mm，宽度80mm，厚度8mm。在检偏振片4出射主激光束的表面镀对1.053μm主激光束的全反射膜。自准平面透镜5是方形平行平板，材料为K9玻璃，尺寸为长度100mm，宽度80mm，厚度8mm。在自准平面透镜4两镜面镀对1.053μm主激光束Gz的增透膜，并要求两镜面平行加工精度＜λ/4。空间滤波器6的输入透镜601和输出透镜603，材料为K9玻璃。滤波小孔602材料为钽或钽钨合金。小孔尺寸一般由物理所需的衍射极限的倍数来表达。全反射镜8为方形板，材料为K9玻璃，尺寸为长度120mm，宽度100mm，厚度10mm。对1.053μm主激光束Gz的入射面镀1.053μm激光全反射膜，并要求对1.053μm激光束的入射面加工精度＜λ/4。
衰减器8含有n＝4衰减片，用作降低激光强度，材料为黑玻璃，方形板，长度为80mm，宽度60mm，厚度10mm。4块衰减片采用锲型位置置放，衰减片多少可根据显微物镜11所承受的光强度而定。成像物镜9将空间滤波器6滤波小孔602处清晰的像通过小孔光栏10滤波后，传到显微物镜11上。成像物镜9材料为K9玻璃，口径为60mm的双凸球面镜，焦距为200mm。小孔光栏10，材料为铜钨合金，直径大于成像物镜9在像面上光斑的直径。显微物镜11口径为Ф10mm，扩大光斑倍率为20倍，是标准的市场商品。探测器12采用一般的电荷耦合器(CCD)，显示屏13用荧光屏。
如上所述，本发明的在线调试仪是用高低倍成像系统，通过远场接收的结构，在显示屏13上，再现空间滤波器6滤波小孔处清晰的激光束聚焦焦斑。调节空间滤波器6内的焦点位置，使其滤波小孔602与焦斑严格同心，调试精度可达6μm，比在先技术的离线调试仪近100μm的精度提高了几十倍。
本发明在线调试仪中的自准平面透镜5与空间滤波器6输出端置放的全反射镜7严格同轴后，通过调节空间滤波器6输出透镜603的Z轴方向的几何位置，能够使空间滤波器6射出的激光束成为2000m以上的平行光传输。
当激光系统14发射的主激光束为中高等能量时，在线调试仪可观察空间滤波器滤波小孔边缘杂散光分布，还可用于诊断孔靶边缘激光的能量空间分布。
权利要求
1.一种用于空间滤波器动态同轴调整的在线调试仪，包括<1>含有共焦点(O′)的输入透镜(601)和输出透镜(603)，在输入与输出两透镜(601、603)之间的共焦点(O′)处置有滤波小孔(602)的空间滤波器(6)；其特征在于<2>在空间滤波器(6)的输入透镜(601)入射端之前与空间滤波器(6)同中心光轴(OO2)，与上述输入透镜(601)和输出透镜(603)共焦点(O′)也共焦的置有补偿透镜(1)，在补偿透镜(1)与空间滤波器(6)之间的光路上置有起偏振片(2)，在起偏振片(2)与空间滤波器(6)之间的光路上置有检偏振片(4)，在检偏振片(4)与空间滤波器(6)之间的光路上置有自准平面透镜(5)；<3>由置放在空间滤波器(6)输出透镜(603)输出端外全反射镜(7)反射的沿原光路返回的光束再通过空间滤波器(6)和自准平面透镜(5)至检偏振片(4)，检偏振片(4)使光束偏转45°方向射出，再依次经过衰减器(8)、成像物镜(9)、小孔光栏(10)、显微物镜(11)至输出连接到显示屏(13)上的探测器(12)；<4>所说的衰减器(8)的输出端面是在成像物镜(9)的物面上，显微物镜(11)的入射面是在成像物镜(9)的像面上；<5>入射面对着检偏振片(4)的入射面置放的有吸收衰减器(3)。
2.根据权利要求1所述的用于空间滤波器动态同轴调整的在线调试仪，其特征在于所说的衰减器(8)是由n≥1的衰减片构成；所说的吸收衰减器(3)是由n≥1的吸收衰减片构成。
全文摘要
一种用于空间滤波器动态同轴调整的在线调试仪,主要适用激光系统发射的主激光束与空间滤波器的动态同轴在线的调整。由激光系统发射的主激光束依次经过补偿透镜、起偏振片、检偏振片、自准平面透镜和空间滤波器至全反射镜。由全反射镜反射沿原光路返回的激光束再次通过空间滤波器和自准平面透镜至检偏振片后转45°方向前进,再依次经衰减器、成像物镜、小孔光栏、显微物镜至输出连接到显示器上的探测器。通过调节空间滤波器内输出透镜的粗调,调节补偿透镜的精调以及自准平面透镜的调节,能够使主激光束严格地与空间滤波器同轴。通过成像物镜的远场成像,能够在主激光束与空间滤波器在工作状态的动态下,在线上进行同光轴地调整。
文档编号G02B27/62GK1379264SQ0211173
公开日2002年11月13日 申请日期2002年5月17日 优先权日2002年5月17日
发明者张明科, 林尊琪, 张臻, 毛楚生, 支婷婷 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所