本发明涉及光学元件的抛光及修型，特别是一种双光源联用激光束抛光装置，可广泛应用于各种面形的光学元件(平面、球面、非球面、复杂面形)及强光光学元件的高精度抛光及面型控制。
背景技术：
目前针对光学元件的加工，仍主要是基于精密磨削和数控小工具研抛的方式。这些加工方式，由于磨抛过程中的压力，元件不可避免的会产生表面和亚表面缺陷，而且加工精度也不能满足现在光学元件高精度面形，粗糙度极低，强度很高的要求。激光抛光作为一种新的数控抛光工艺，是利用热效应或者热烧蚀去除材料，具有无抛光辅料、非接触加工、不引入表面缺陷及抛光水解杂质等特点。基于激光光源的不同，激光抛光分为热抛光和冷抛光。超短脉冲激光抛光是一种冷抛光的方式，具有控制面形并改善中低频面形误差的能力；CO2激光抛光是一种热抛光的方式，对高频粗糙度的去除优于传统抛光技术，并且抛光后元件表面几乎无微缺陷。因此本发明采用超短脉冲激光与CO2激光联用的双光源抛光装置，通过激光整形、焦斑整形、激光的快速自动聚焦、光源优化处理，并基于面形测量反馈的光束扫描路径设计和四自由度高精度平台联动控制，实现激光抛光技术与自动化控制技术的系统集成，为实现光学元件低缺陷、高精度抛光提供可能。
技术实现要素：
一种双光源联用激光束抛光装置，其特征是包括脉冲或连续CO2激光器及激光能量控制系统、超短脉冲激光器及激光能量控制系统、CO2激光光束整形系统、超短脉冲激光光束整形系统、自动聚焦系统、振镜扫描系统、温控及四维平台联动系统；所述的脉冲或连续CO2激光器及激光能量控制系统由连续或者脉冲CO2激光器光源、第一小孔、第一衰减片、第一快门和第一透镜组成，所述的超短脉冲激光器及激光能量控制系统由超短脉冲激光器、第二小孔、第二衰减片、第二快门和第二透镜组成，所述的CO2激光光束整形系统由第一扩束镜、第一空间光调制器、第一双胶合消色差透镜、位于该第一空间光调制器傅里叶频谱面上的针孔、第二双胶合消色差透镜、和第一反射镜组成，所述的超短脉冲激光光束整形系统由第二扩束镜、第二空间光调制器、第三双胶合消色差透镜、位于该第二空间光调制器傅里叶频谱面上的针孔、第四双胶合消色差透镜和第二反射镜组成，所述的振镜扫描系统包括安装在三维可调底座上的振镜扫描系统反射镜、f·θ透镜、振镜扫描系统扩束镜以及由X轴可旋转的反光镜和Y轴可旋转的反光镜组成的振镜扫描器，所述的自动聚焦系统由分光镜、聚焦物镜、离轴二象限信号探测器、与该离轴二象限信号探测器相连的信号处理器、与该信号处理器相连的微位移执行器组成，所述的温控及四维平台联动系统包括四维平台、放置在该四维平台上的温度控制器、以及控制该四维平台移动的联动控制系统；上述元件位置关系如下：所述的脉冲或连续CO2激光器的输出激光依次经过同光轴的第一小孔、第一衰减片、第一快门、第一透镜、第一扩束镜和第一空间光调制器，经该第一空间光调制器反射的光束依次经过同光轴的第一双胶合消色差透镜、针孔、第二双胶合消色差透镜和第一反射镜，经该第一反射镜反射的光路入射到所述的振镜扫描系统第一反射镜，并被该振镜扫描系统反射镜反射，该反射光束依次经过竖直方向的同光轴的f·θ透镜和振镜扫描系统扩束镜，入射到所述的X轴可旋转的反光镜，经该X轴可旋转的反光镜反射，进入Y轴可旋转的反光镜，经该Y轴可旋转的反光镜反射，垂直依次进入分光镜和聚焦物镜，该聚焦物镜将光束垂直辐射辐照到放置于所述温度控制器的样品上；经样品表面反射，反射光依次经聚焦物镜和分光镜后，由离轴二象限探测器采集，并传输至信号处理器，经信号处理器运算产生驱动信号，从而驱动微位移执行器的上下微动，该驱动微位移执行器与聚焦物镜相连，从而带动该聚焦物镜进行动态的离焦补偿。所述的超短脉冲激光器输出的激光依次经过同光轴的第二小孔、第二衰减片、第二快门、第二透镜、第二扩束镜和第二空间光调制器，经该第二空间光调制器反射的光束依次经过同光轴的第三双胶合消色差透镜、针孔、第四双胶合消色差透镜和第二反射镜，经该第二反射镜反射的光路入射到所述的振镜扫描系统反射镜，并被该振镜扫描系统反射镜反射，该反射光束依次经过竖直方向的同光轴的f·θ透镜和振镜扫描系统扩束镜，入射到所述的X轴可旋转的反光镜，经该X轴可旋转的反光镜反射，进入Y轴可旋转的反光镜，经该Y轴可旋转的反光镜反射，垂直依次进入分光镜和聚焦物镜，该聚焦物镜将光束垂直辐射辐照到放置于所述温度控制器的样品上；经样品表面反射，反射光依次经聚焦物镜和分光镜后，由离轴二象限探测器采集，并传输至信号处理器，经信号处理器运算产生驱动信号，从而驱动微位移执行器的上下微动，该驱动微位移执行器与聚焦物镜相连，从而带动该聚焦物镜进行动态的离焦补偿。所述的第一空间光调制器、第二空间光调制器为可编反射式纯相位液晶空间光调制器；位于第一空间光调制器傅里叶频谱面上的第一针孔和位于第二空间光调制器傅里叶频谱面上的第一针孔仅让一级衍射光通过，通过计算机编程动态地改变第一空间光调制器和第一空间光调制器上的相位图，在激光抛光和烧蚀的过程中基于不同面型加工的需要实时进行光束空间整形。所述的自动聚焦系统由分光镜、聚焦物镜、离轴二象限信号探测器、信号处理器、微位移执行器组成，准直光进入聚焦物镜后，经样品表面反射，依次经过聚焦物镜和分光镜由离轴二象限探测器接受，将两信号做除法运算的结果送入信号处理器，并产生微位移执行器的驱动信号，从而驱动微位移执行器的上下微动，该驱动微位移执行器带动相连的聚焦物镜移动进行动态的离焦补偿。离轴二象限探测器及其相关光路构成了调焦系统的输入系统，是对系统的离焦信号进行动态监测，微位移执行器作为系统补偿的执行机构，以保证系统处于合焦状态。所述的振镜扫描系统包括振镜扫描系统反射镜、f·θ透镜(5-2)、振镜扫描系统扩束镜和由X轴可旋转的反光镜、Y轴可旋转的反光镜组成的振镜扫描器，振镜扫描器将光束投影到四维平台的平面，形成一个扫描点，其中f·θ透镜用于激光束的聚焦和补偿振镜扫描系统中的线性失真，对扫描图象的畸变进行校正，扫描场畸变的补偿拟采用软件校正的方法。所述的温控和四维平台联动系统由温度控制器、四维平台、联动控制系统组成，其中温度控制器为铝制温度控制器，四维平台是机械式丝杠驱动系统，由可转动精密丝杆、机电转化装置、滑动摩擦导轨、控制电脑组成，控制电脑将电信号传输到机电转化装置，机电转化装置控制丝杆转动，实现精确定位。所述的振镜扫描系统及温控和四维平台联动子系统的控制系统由控制计算机、PLC电气控制系统、运动伺服控制系统、手持操作盒控制系统、电源系统组成，采用分层的结构进行控制，其中，协调层用于路径规划、解算、加工任务的调度和工作状态的显示；执行层则通过运动控制器对各运动关节进行伺服控制；驱动层用于实现电机的驱动控制，并通过PLC控制系统实现对电气分统的有效控制。所述的振镜扫描系统反射镜安置在三维可调的光学底座上，可以根据入射激光束为CO2激光束还是超快脉冲激光束调整反射镜的方向。本发明的优点是:本发明装置采用双光源联用的方式，可用于光学元件低缺陷、全波段误差一致收敛加工。利用超短脉冲激光束高精度烧蚀和修型，改善光学元件中低频误差和控制面形；利用CO2激光束熔融抛光，进行光学元件低缺陷、减小高频粗糙度的抛光。附图说明图1为双光源联用激光束抛光装置示意图具体实施方式下面结合实例和附图对本发明做进一步说明。参阅图1，图1是所述的双光源联用激光束抛光装置示意图。由图可见，一种双光源联用激光束抛光装置，其特征是包括脉冲或连续CO2激光器及激光能量控制系统1、超短脉冲激光器及激光能量控制系统2、CO2激光光束整形系统3、超短脉冲激光光束整形系统4、自动聚焦系统5、振镜扫描系统6、温控及四维平台联动系统7；所述的脉冲或连续CO2激光器及激光能量控制系统1由连续或者脉冲CO2激光器光源1-1、第一小孔1-2、第一衰减片1-3、第一快门1-4和第一透镜1-5组成，所述的超短脉冲激光器及激光能量控制系统2由超短脉冲激光器2-1、第二小孔2-2、第二衰减片2-3、第二快门2-4和第二透镜2-5组成，所述的CO2激光光束整形系统3由第一扩束镜3-1、第一空间光调制器3-2、第一双胶合消色差透镜3-3、位于该第一空间光调制器3-2傅里叶频谱面上的针孔3-4、第二双胶合消色差透镜3-5、和第一反射镜3-6组成，所述的超短脉冲激光光束整形系统4由第二扩束镜4-1、第二空间光调制器4-2、第三双胶合消色差透镜4-3、位于该第二空间光调制器4-2傅里叶频谱面上的针孔4-4、第四双胶合消色差透镜4-5和第二反射镜4-6组成，所述的振镜扫描系统5包括振镜扫描系统反射镜5-1、f·θ透镜5-2、振镜扫描系统扩束镜5-3以及由X轴可旋转的反光镜5-4-1和Y轴可旋转的反光镜5-4-2组成的振镜扫描器5-4，所述的自动聚焦系统6由分光镜6-1、聚焦物镜6-2、离轴二象限信号探测器6-3、与该离轴二象限信号探测器6-3相连的信号处理器6-4、与该信号处理器6-4相连的微位移执行器6-5组成，所述的温控及四维平台联动系统7包括四维平台7-2、放置在该四维平台7-2上的温度控制器7-1、以及控制该四维平台7-2移动的联动控制系统7-3；上述元件位置关系如下：所述的脉冲或连续CO2激光器1-1的输出激光依次经过同光轴的第一小孔1-2、第一衰减片1-3、第一快门1-4、第一透镜1-5、第一扩束镜3-1和第一空间光调制器3-2，经该第一空间光调制器3-2反射的光束依次经过同光轴的第一双胶合消色差透镜3-3、针孔3-4、第二双胶合消色差透镜3-6和第一反射镜3-6，经该第一反射镜3-6反射的光路入射到所述的振镜扫描系统反射镜5-1，并被该振镜扫描系统第一反射镜5-1反射，该反射光束依次经过竖直方向的同光轴的f·θ透镜5-2和振镜扫描系统扩束镜5-3，入射到所述的X轴可旋转的反光镜5-4-1，经该X轴可旋转的反光镜5-4-1反射，进入Y轴可旋转的反光镜5-4-2，经该Y轴可旋转的反光镜5-4-2反射，垂直依次进入分光镜6-1和聚焦物镜6-2，该聚焦物镜6-2将光束垂直辐射辐照到放置于所述温度控制器7-1的样品上；经样品表面反射，反射光依次经聚焦物镜6-2和分光镜6-1后，由离轴二象限探测器6-3采集，并传输至信号处理器6-4，经信号处理器6-4运算产生驱动信号，从而驱动微位移执行器6-5的上下微动，该驱动微位移执行器6-5与聚焦物镜5-2相连，从而带动该聚焦物镜5-2进行动态的离焦补偿。所述超短脉冲激光器产生的激光依次经过同光轴的第二小孔2-2、第二衰减片2-3、第二快门2-4、第二透镜2-5、第二扩束镜4-1和第二空间光调制器4-2，经该第二空间光调制器4-2反射的光束依次经过同光轴的第三双胶合消色差透镜4-3、针孔4-4、第四双胶合消色差透镜4-6和第二反射镜4-6，调节三维可调底座，使得经该第二反射镜4-6反射的光路入射到所述的振镜扫描系统反射镜5-1，并被该振镜扫描系统反射镜5-1反射，该反射光束依次经过竖直方向的同光轴的f·θ透镜5-2和振镜扫描系统扩束镜5-3，入射到所述的X轴可旋转的反光镜5-4-1，经该X轴可旋转的反光镜5-4-1反射，进入Y轴可旋转的反光镜5-4-2，经该Y轴可旋转的反光镜5-4-2反射，垂直依次进入分光镜6-1和聚焦物镜6-2，该聚焦物镜6-2将光束垂直辐射辐照到放置于所述温度控制器7-1的样品上；经样品表面反射，反射光依次经聚焦物镜6-2和分光镜6-1后，由离轴二象限探测器6-3采集，并传输至信号处理器6-4，经信号处理器6-4运算产生驱动信号，从而驱动微位移执行器6-5的上下微动，该驱动微位移执行器6-5与聚焦物镜5-2相连，从而带动该聚焦物镜5-2进行动态的离焦补偿。所述的第一空间光调制器3-2、第二空间光调制器4-2为可编反射式纯相位液晶空间光调制器；位于第一空间光调制器3-2傅里叶频谱面上的第一针孔3-4和位于第二空间光调制器4-2傅里叶频谱面上的第一针孔4-4仅让一级衍射光通过，通过计算机编程动态地改变第一空间光调制器3-2和第一空间光调制器4-2上的相位图，在激光抛光和烧蚀的过程中基于不同面型加工的需要实时进行光束空间整形。所述的自动聚焦系统6由分光镜6-1、聚焦物镜6-2、离轴二象限信号探测器6-3、信号处理器6-4、微位移执行器6-5组成，准直光进入聚焦物镜6-2后，经样品表面反射，依次经过聚焦物镜6-2和分光镜6-1由离轴二象限探测器6-3接受，将两信号做除法运算的结果送入信号处理器6-4，并产生微位移执行器的驱动信号，从而驱动微位移执行器6-5的上下微动，该驱动微位移执行器6-5带动相连的聚焦物镜6-2移动进行动态的离焦补偿。离轴二象限探测器6-3及其相关光路构成了调焦系统的输入系统，是对系统的离焦信号进行动态监测，微位移执行器6-5作为系统补偿的执行机构，以保证系统处于合焦状态。所述的振镜扫描系统5包括安装在三维可调底座上的振镜扫描系统反射镜5-1、f·θ透镜5-2、振镜扫描系统扩束镜5-3和由X轴可旋转的反光镜5-4-1、Y轴可旋转的反光镜5-4-2组成的振镜扫描器5-4，振镜扫描器5-4将光束投影到四维平台7-2的平面，形成一个扫描点，其中f·θ透镜5-2用于激光束的聚焦和补偿振镜扫描系统中的线性失真，对扫描图象的畸变进行校正，扫描场畸变的补偿拟采用软件校正的方法。所述的温控和四维平台联动系统7由温度控制器7-1、四维平台7-2、联动控制系统7-3组成，其中温度控制器7-1为铝制温度控制器，四维平台7-2是机械式丝杠驱动系统，由可转动精密丝杆、机电转化装置、滑动摩擦导轨、控制电脑组成，控制电脑将电信号传输到机电转化装置，机电转化装置控制丝杆转动，实现精确定位。所述的振镜扫描系统5及温控和四维平台联动子系统7的控制系统由控制计算机、PLC电气控制系统、运动伺服控制系统、手持操作盒控制系统、电源系统组成，采用分层的结构进行控制，其中，协调层用于路径规划、解算、加工任务的调度和工作状态的显示；执行层则通过运动控制器对各运动关节进行伺服控制；驱动层用于实现电机的驱动控制，并通过PLC控制系统实现对电气分统的有效控制。所述振镜扫描系统反射镜安置在三维可调的光学底座上，可以根据入射激光束为CO2激光束还是超快脉冲激光束调整反射镜的方向。