一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)及檢測方法，包括與諧振腔模態(tài)伺服控制器相連的棱鏡式激光器，出射激光束經(jīng)耦合輸出鏡至雙光窗光電探測器；雙光窗光電探測器置于開伺服基座上，開伺服基座分別連接示波器和計(jì)算機(jī)，開伺服基座并與諧振腔模態(tài)伺服控制器相連。方法包括：1）將棱鏡式激光器出射激光束經(jīng)耦合輸出鏡投射到雙光窗光電探測器；2）伺服基座施加機(jī)械抖動(dòng)；3）調(diào)制雙光窗光電探測器抖動(dòng)光信號(hào)，在示波器上讀取；4）調(diào)整雙光窗光電探測器相對(duì)于棱鏡式激光器輸出光的位置，至兩路信號(hào)幅值相等；5）雙光窗光電探測器采集光強(qiáng)信號(hào)輸入伺服基座；6）結(jié)果輸送到計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)可視化操作簡單、處理快捷、檢測結(jié)果準(zhǔn)確。
【專利說明】一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密裝配【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于有著高性能穩(wěn)定度要求的相干檢測激光光源——棱鏡式環(huán)形激光器而言，其各光學(xué)元件裝配位置是否恰當(dāng)、一致，直接關(guān)系激光器工作時(shí)性能的穩(wěn)定性。這種激光器對(duì)關(guān)鍵部件裝配位置的精度要求很高，一般幾十納米的偏差就足以差生影響，由于偏差細(xì)微，直接檢測非常困難。為此，本發(fā)明根據(jù)激光器工作原理設(shè)計(jì)了新的檢測方案，即通過檢測諧振腔各振蕩模式(縱模)的增益——損耗比，并進(jìn)行量化比較的辦法，間接檢測諧振腔光學(xué)部件的裝配精度，實(shí)踐證明這種方案檢測靈敏度很高，滿足工程實(shí)際需求。這套檢測系統(tǒng)讀出的諧振腔輸出光強(qiáng)隨縱模移動(dòng)起伏變化的波形，能夠有效反應(yīng)諧振腔各縱模間增益——損耗的綜合情況?？梢宰鳛楹饬恐C振腔棱鏡、光闌裝配位置的主要手段。研制一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)，以及“利用雙光窗光電探測器配合小抖動(dòng)對(duì)光”、“通過熱過程改變諧振腔光學(xué)腔長，達(dá)到掃描諧振腔工作模式”的技術(shù)方案，對(duì)填補(bǔ)對(duì)諧振腔光闌、合光棱鏡裝配位置是否恰當(dāng)?shù)臋z測方案的空白成為目前本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)及檢測方法，以解決這種激光器裝配過程中各光學(xué)件裝配位置準(zhǔn)確度難以衡量的技術(shù)問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)這種高工作穩(wěn)定要求的激光器裝配質(zhì)量的有效控制。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)，包括一與諧振腔模態(tài)伺服控制器相連的棱鏡式激光器，所述棱鏡式激光器諧振腔出射的激光束通過四個(gè)全反射鏡反射后的光束經(jīng)耦合輸出鏡出射，出射的激光束通過耦合輸出鏡投射到雙光窗光電探測器表面；所述雙光窗光電探測器置于開伺服基座上，開伺服基座分別連接至示波器和計(jì)算機(jī)，開伺服基座并與諧振腔模態(tài)伺服控制器相連。
[0006]進(jìn)一步地，所述棱鏡式激光器上設(shè)有諧振腔模態(tài)伺服控制器，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器包括一微晶玻璃保護(hù)罩，微晶玻璃保護(hù)罩上設(shè)有合金加熱絲。
[0007]進(jìn)一步地，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器上微晶玻璃保護(hù)罩下設(shè)有橡膠密封圈。
[0008]相應(yīng)地，本發(fā)明進(jìn)而給出了一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，包括下述步驟:
[0009]I)將棱鏡式激光器與諧振腔模態(tài)伺服控制器相連,棱鏡式激光器出射的激光束通過率禹合輸出鏡投射到雙光窗光電探測器表面；
[0010]2)并打開伺服基座的機(jī)械抖動(dòng)開關(guān)，施加機(jī)械抖動(dòng)；
[0011]3)置于伺服基座上的雙光窗光電探測器表面由于機(jī)械抖動(dòng)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制,將獲得兩路信號(hào)，將這兩路信號(hào)接在示波器上讀取；
[0012]4)調(diào)整雙光窗光電探測器相對(duì)于棱鏡式激光器出射光斑的位置,使兩路信號(hào)幅值相等，以此保證雙光窗光電探測器位置恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)棱鏡式激光器的出射光；
[0013]5)由雙光窗光電探測器采集的光強(qiáng)信號(hào)通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸入伺服基座中；
[0014]6)經(jīng)由控制電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、比較幅值后，將結(jié)果輸送到計(jì)算機(jī)中，通過編寫的程序直接顯示出來；
[0015]7)伺服基座同時(shí)控制諧振腔模態(tài)伺服控制器對(duì)棱鏡式激光器的出射光束控制。
[0016]進(jìn)一步地，利用雙光窗光電探測器施加小幅機(jī)械抖動(dòng)，抖動(dòng)頻率為350Hz，通過示波器判斷由雙光窗光電探測器所得兩路信號(hào)等幅的方式保證光電探測器位置精確恰當(dāng)。
[0017]進(jìn)一步地，利用諧振腔模態(tài)控制伺服機(jī)構(gòu)中的合金加熱絲、微晶玻璃保護(hù)罩，橡膠密封圈作為諧振腔模態(tài)控制伺服機(jī)構(gòu)的主要部件，通過升高、降低合金加熱絲上的電壓，控制環(huán)形棱鏡式激光器光路中一段空氣的密度狀況，從而控制棱鏡式激光器諧振腔光學(xué)腔長，實(shí)現(xiàn)激光器工作模式狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制。
[0018]進(jìn)一步地，所述升高、降低合金加熱絲上的電壓為O?15V。
[0019]進(jìn)一步地，所述控制環(huán)形棱鏡式激光器光路中一段空氣密度為I?1.07個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(KPa)。
[0020]進(jìn)一步地，所述棱鏡式激光器諧振腔光學(xué)腔長為0.45m,光學(xué)腔長掃模變化量為I個(gè)光波長(632.8nm)。
[0021]本套系統(tǒng)利用棱鏡式激光器輸出光強(qiáng)隨工作模式(縱模)移動(dòng)而起伏，其掃描獲得的曲線(增益與損耗結(jié)果)與各光學(xué)件裝配“深、淺”直接相關(guān)的原理，由伺服基座控制的諧振腔模態(tài)伺服控制器在數(shù)字電路的控制下掃描出激光器各縱模的增益曲線，通過軟件對(duì)比激光器不同模式增益曲線的高低，確定激光器諧振腔裝配質(zhì)量合格，保證裝配一致性。
[0022]本發(fā)明將激光器固定在伺服基座上，通過伺服基座施加小抖動(dòng)，并保證雙光窗光電探測器得到的兩路信號(hào)等幅的辦法，使光電探測器檢測位置最佳。再通過諧振腔模式伺服控制器掃描諧振腔模式，計(jì)算機(jī)自動(dòng)比較掃描結(jié)果，輸出諧振腔裝配質(zhì)量檢測結(jié)果報(bào)告。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):光電探測器檢測位置采用間接、高靈敏度的判定方法，保證檢測時(shí)光電探測器位置最佳，從而保證檢測結(jié)果可靠。諧振腔模式伺服控制器采用加熱器掃模替代了傳統(tǒng)壓電元件掃模，獲得了適合于棱鏡式諧振腔的模態(tài)控制方案；設(shè)計(jì)了操作界面及控制軟件，整個(gè)檢測過程可視化操作簡單、處理快捷、檢測結(jié)果準(zhǔn)確；設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適應(yīng)于輸出光對(duì)準(zhǔn)的工裝夾具。
[0024]本裝配系統(tǒng)已在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，測試結(jié)果準(zhǔn)確、有效、直觀，只需稍作改進(jìn)，原理上可適用于各類高精度相干檢測用激光光源的精密定位裝配結(jié)果的檢測及激光器增損比檢測的要求。該系統(tǒng)對(duì)棱鏡式激光器光學(xué)部件裝配位置的準(zhǔn)確檢測有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明諧振腔模態(tài)控制伺服器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3 (a)、圖3 (b)、圖3 (c)為本發(fā)明輸出的諧振腔模式間增益損耗比檢測結(jié)果圖。
[0028]圖中:1-棱鏡式激光器；2_ I禹合輸出鏡；3_諧振腔模態(tài)伺服控制器；4_雙光窗光電探測器；5_伺服基座；6_示波器；7_計(jì)算機(jī)；3-1_合金加熱絲；3-2_橡膠密封圈；3-3_微晶玻璃保護(hù)罩。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]請參閱圖1所示，本發(fā)明是一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)，包括:棱鏡式激光器1、稱合輸出鏡2、諧振腔模態(tài)伺服控制器3、雙光窗光電探測器4、伺服基座5、不波器
6、計(jì)算機(jī)7。
[0031]與諧振腔模態(tài)伺服控制器3相連有棱鏡式激光器I,棱鏡式激光器I諧振腔出射的激光束通過四個(gè)全反射鏡反射后的光束經(jīng)耦合輸出鏡2出射，出射的激光束通過耦合輸出鏡2投射到雙光窗光電探測器4表面；雙光窗光電探測器4置于開伺服基座5上,開伺服基座5分別連接至示波器6和計(jì)算機(jī)7，開伺服基座5并與諧振腔模態(tài)伺服控制器3相連，在伺服基座5中設(shè)有控制電路和Α/D轉(zhuǎn)換模塊。
[0032]如圖2所示，棱鏡式激光器I上設(shè)有諧振腔模態(tài)伺服控制器3，諧振腔模態(tài)伺服控制器3包括一微晶玻璃保護(hù)罩3-3，微晶玻璃保護(hù)罩3-3上設(shè)有合金加熱絲3-1。諧振腔模態(tài)伺服控制器3上微晶玻璃保護(hù)罩3-3下設(shè)有橡膠密封圈3-2。
[0033]本發(fā)明棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法如下:
[0034]由棱鏡式諧振腔I出射的光通過I禹合輸出鏡2投射到雙光窗光電探測器4表面，并打開伺服基座5的機(jī)械抖動(dòng)開關(guān)，施加頻率為350Hz的機(jī)械抖動(dòng)。此時(shí)，在雙光窗光電探測器4表面由于機(jī)械抖動(dòng)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制，將獲得兩路信號(hào)，將這兩路信號(hào)接在示波器5上讀取。調(diào)整光電探測器4的位置，盡可能使兩路信號(hào)幅值相等，以此保證光電探測器4位置恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。由光電探測器采集的光強(qiáng)信號(hào)通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸入伺服基座5中。經(jīng)由控制電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、比較幅值后，將結(jié)果輸送到計(jì)算機(jī)7中，通過編寫的程序直接顯示出來。伺服基座同時(shí)控制諧振腔模態(tài)伺服控制器3的工作。
[0035]本發(fā)明利用雙光窗光電探測器和施加小幅機(jī)械抖動(dòng)，通過示波器判斷由雙光窗光電探測器所得兩路信號(hào)等幅的方式保證光電探測器位置精確恰當(dāng)。利用合金加熱絲、微晶玻璃保護(hù)罩，橡膠密封圈作為諧振腔模態(tài)控制伺服機(jī)構(gòu)的主要部件，通過升高、降低加熱絲上的電壓范圍為O?15V，控制環(huán)形激光器光路中一段空氣的密度為I?1.07個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(KPa)，從而控制諧振腔光學(xué)腔長增減I個(gè)波長(632.8nm)，實(shí)現(xiàn)激光器工作模式狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制。
[0036]本實(shí)施例如下:
[0037]將待裝配棱鏡式激光器固定在伺服基座的抖動(dòng)桿上，需保證抖動(dòng)桿上套氟塑料套筒以減震保護(hù)諧振腔，諧振腔體不直接與抖動(dòng)桿接觸。引燃激光器，打開伺服基座上機(jī)械抖動(dòng)開關(guān)。將雙光窗光電探測器靠近激光器輸出光，此時(shí)在示波器上可觀察到幅值不等的兩路信號(hào)，通過調(diào)整支架微調(diào)光電探測器位置，使兩路信號(hào)幅度相等。打開計(jì)算機(jī)，打開專用測試軟件，控制諧振腔模態(tài)伺服控制器內(nèi)的加熱絲發(fā)熱，開始激光器模態(tài)掃描過程，I分鐘后模態(tài)掃描完成，系統(tǒng)獲得諧振腔不同縱模的增損比對(duì)比曲線。根據(jù)對(duì)比曲線上不同峰值的高度關(guān)系，系統(tǒng)自動(dòng)判定該次裝配是否合格，如合格，可停止系統(tǒng)工作，關(guān)閉電源；如裝配結(jié)果不合格，需要重新掃模，再次驗(yàn)證。必要時(shí)，重新裝配諧振腔。
[0038]在實(shí)際測量中由于位置調(diào)整夾具方便、實(shí)用，可以保證3?5分鐘內(nèi)完成一個(gè)諧振腔模間增損比的檢測。
[0039]本發(fā)明通過將棱鏡式激光器固定在伺服基座上，通過伺服基座施加小抖動(dòng)，并保證雙光窗光電探測器得到的兩路信號(hào)等幅的辦法，使雙光窗光電探測器檢測位置最佳。再通過諧振腔模式伺服控制器掃描諧振腔模式，計(jì)算機(jī)自動(dòng)比較掃描結(jié)果，輸出諧振腔裝配質(zhì)量檢測結(jié)果報(bào)告。
[0040]圖3給出了本發(fā)明輸出的諧振腔模式間增益損耗比檢測結(jié)果圖。其中，圖3 (a)對(duì)應(yīng)裝配限?！皽\”的諧振腔測試結(jié)果，圖3 (b)對(duì)應(yīng)裝配限?！斑m中”的諧振腔測試結(jié)果，圖3 (c)對(duì)應(yīng)裝配限?！吧睢钡闹C振腔測試結(jié)果。
[0041]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)，包括一與諧振腔模態(tài)伺服控制器(3)相連的棱鏡式激光器(I )，其特征在于，所述棱鏡式激光器(I)諧振腔出射的激光束通過四個(gè)全反射鏡反射后的光束經(jīng)耦合輸出鏡(2)出射，出射的激光束通過耦合輸出鏡(2)投射到雙光窗光電探測器(4)表面；所述雙光窗光電探測器(4)置于開伺服基座(5)上,開伺服基座(5)分別連接至示波器(6)和計(jì)算機(jī)(7)，開伺服基座(5)并與諧振腔模態(tài)伺服控制器(3)相連。
2.如權(quán)利要求1所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述棱鏡式激光器(I)上設(shè)有諧振腔模態(tài)伺服控制器(3 )，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器(3 )包括一微晶玻璃保護(hù)罩(3-3 )，微晶玻璃保護(hù)罩(3-3 )上設(shè)有合金加熱絲(3-1)。
3.如權(quán)利要求2所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述諧振腔模態(tài)伺服控制器(3)上微晶玻璃保護(hù)罩(3-3)下設(shè)有橡膠密封圈(3-2)。
4.一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，其特征在于，包括下述步驟: O將棱鏡式激光器(I)與諧振腔模態(tài)伺服控制器(3)相連,棱鏡式激光器(I)出射的激光束通過耦合輸出鏡(2)投射到雙光窗光電探測器(4)表面； 2)并打開伺服基座(5)的機(jī)械抖動(dòng)開關(guān)，施加機(jī)械抖動(dòng)； 3)置于伺服基座(5)上的雙光窗光電探測器(4)表面由于機(jī)械抖動(dòng)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制，將獲得兩路信號(hào)，將這兩路信號(hào)接在示波器(5)上讀?。? 4)調(diào)整雙光窗光電探測器(4)相對(duì)于耦合輸出鏡(2)出射的光斑的位置，使兩路信號(hào)幅值相等，以此保證雙光窗光電探測器(4)位置恰當(dāng)對(duì)準(zhǔn)棱鏡式激光器(I)輸出光斑； 5)由雙光窗光電探測器(4)采集的光強(qiáng)信號(hào)通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸入伺服基座(5)中； 6)經(jīng)由控制電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、比較幅值后，將結(jié)果輸送到計(jì)算機(jī)(7)中，通過編寫的程序直接顯示出來； 7)伺服基座(5)同時(shí)控制諧振腔模態(tài)伺服控制器(3)對(duì)棱鏡式激光器(I)的出射光束控制。
5.如權(quán)利要求4所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，其特征在于，利用雙光窗光電探測器(4)施加小幅機(jī)械抖動(dòng)，抖動(dòng)頻率為350Hz，通過示波器判斷由雙光窗光電探測器所得兩路信號(hào)等幅的方式保證光電探測器位置精確恰當(dāng)。
6.如權(quán)利要求4所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，其特征在于，利用諧振腔模態(tài)控制伺服機(jī)構(gòu)(3)中的合金加熱絲(3-1 )、微晶玻璃保護(hù)罩(3-3)，橡膠密封圈(3-2)作為諧振腔模態(tài)控制伺服機(jī)構(gòu)的主要部件，通過升高、降低合金加熱絲(3-1)上的電壓，控制環(huán)形棱鏡式激光器(I)光路中一段空氣的密度，從而控制棱鏡式激光器(I)諧振腔光學(xué)腔長，實(shí)現(xiàn)激光器工作模式狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制。
7.如權(quán)利要求6所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，其特征在于，所述升高、降低合金加熱絲(3-1)上的電壓為O?15V。
8.如權(quán)利要求6所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，其特征在于，所述控制環(huán)形棱鏡式激光器(I)光路中一段空氣密度為I?1.07KPa。
9.如權(quán)利要求6所述一種棱鏡式諧振腔模間增損比檢測方法，其特征在于，所述棱鏡式激光器(I)諧振腔光學(xué)腔長為0.45m,光學(xué)腔長掃模變化量為I個(gè)光波長632.8nm。
【文檔編號(hào)】G01M11/00GK103674484SQ201310695195
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】蔣軍彪, 劉健寧, 馬家君 申請人:西安北方捷瑞光電科技有限公司