新型光路切換機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】新型光路切換機構(gòu)，包括沿光線照射方向順次設(shè)置的全反鏡、聚光腔、飽和吸收體、輸出鏡、導軌、OPO諧振腔全反鏡、OPO晶體和OPO諧振腔輸出鏡，聚光腔內(nèi)設(shè)有YAG晶體和氙燈，導軌的方向與光線方向垂直，導軌上滾動連接有反射鏡組，反射鏡組包括支架，支架下設(shè)有沿導軌滾動且可鎖緊定位的滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡和第二反射鏡，光線依次通過全反鏡、YAG晶體、飽和吸收體、輸出鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、OPO諧振腔全反鏡、OPO晶體和OPO諧振腔輸出鏡。本發(fā)明采用新型光路切換機構(gòu)，對驅(qū)動系統(tǒng)剛度、驅(qū)動力、鎖緊機構(gòu)要求不高，僅需將反射鏡組調(diào)節(jié)到較高精度即可，這樣更加易于調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)精度高。
【專利說明】新型光路切換機構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種新型光路切換機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足不同工作模式、不同功能的需要，在同一激光器中，有時需要兩種激光波 長互相切換。據(jù)報道，美軍幾乎所有的機載對地目標測照激光裝備都實現(xiàn)了 1·06μηι和 1. 57 μ m兩種激光波長輸出能力。兩種波長可以根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和應(yīng)用場合自由切換。其中， 1. 06 μ m波長用于作戰(zhàn)模式，1. 57 μ m波長用于訓練模式。目前，實現(xiàn)雙波長自由切換是激 光工程應(yīng)用領(lǐng)域研究的一個熱點。
[0003] 在雙波長的產(chǎn)生方面，國內(nèi)外都做了大量的研究。其中，采用光參量振蕩技術(shù)將 1· 06 μ m波長的激光調(diào)諧到1· 57 μ m波長是常用的一種方法。
[0004] 在雙波長切換輸出方面，主要將光參量振蕩器（0P0)諧振腔部分放在一個可移動 的整體板上，采用伺服機構(gòu)控制其在光路內(nèi)外切換，從而實現(xiàn)不同波長的激光輸出。但這種 切換方法結(jié)構(gòu)復雜，切換機構(gòu)需要很高的設(shè)計和加工精度保證。目前，還沒有哪種切換機 構(gòu)，在對伺服機構(gòu)加工、控制精度要求不高的情況下，能保證很高的調(diào)節(jié)精度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易于調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)精度 高的新型光路切換機構(gòu)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：新型光路切換機構(gòu)，包括沿光線 照射方向順次設(shè)置的全反鏡、聚光腔、飽和吸收體、輸出鏡、導軌、0Ρ0諧振腔全反鏡、0Ρ0晶 體和0Ρ0諧振腔輸出鏡，聚光腔內(nèi)設(shè)有YAG晶體和氙燈，導軌的方向與光線方向垂直，導軌 上滾動連接有反射鏡組，反射鏡組包括支架，支架下設(shè)有沿導軌滾動且可鎖緊定位的滾輪， 支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡和第二反射鏡，光線依次通過全反鏡、YAG晶體、飽和吸 收體、輸出鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、0Ρ0諧振腔全反鏡、0Ρ0晶體和0Ρ0諧振腔輸出鏡。
[0007] 第一反射鏡和第二反射鏡的鏡面均與光線呈45。夾角。
[0008]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明為有效減小雙波長激光器光路切換的難度，達到免調(diào) 切換的目的，采用了一種新的結(jié)構(gòu)型式。將0Ρ0諧振腔全反鏡、0Ρ0晶體和0Ρ0諧振腔輸出 鏡從主光路中移出，則通常情況下可輸出1.06 μ m波長激光。當需輸出1.57 μ m波長激光 時，則通過第一反射鏡和第二反射鏡將主光路導入0P0諧振腔全反鏡、0P0晶體和0P0諧振 腔輸出鏡。
[0009]若僅依靠移動第一反射鏡實現(xiàn)切換目的，則對第一反射鏡的定位精度要求依舊很 高。且反射鏡對角度誤差還有放大作用，更不利于激光的光軸一致性。為有效解決這一問 題，將第一反射鏡和第二反射鏡先固定在一起，并將第一反射鏡和第二反射鏡兩個反射面 調(diào)至平行，構(gòu)成一反射鏡組。將反射鏡組安裝在支架上，支架通過滾輪設(shè)在滾動連接在導軌 上，通過伺服機構(gòu)控制其在主光路內(nèi)外切換。由于反射鏡組的兩反射面互相平行，無論在 何位置均能保證出射光線與入射光線的距離和平行度，只要入射光完全進入第一反射鏡即 可，因此很容易保證調(diào)節(jié)精度。本發(fā)明采用滾動調(diào)節(jié)方式，與滑動調(diào)節(jié)相比具有更高的精 度，且摩擦力小，不易磨損。盡管其剛度比滑動式導軌差一些，但可采用鎖緊機構(gòu)來提高剛 度，且采用反射鏡組的形式也可以大大消除導軌晃動對光學系統(tǒng)的影響，從而滿足使用要 求。
[0010]本發(fā)明采用新型光路切換機構(gòu)，對驅(qū)動系統(tǒng)剛度、驅(qū)動力、鎖緊機構(gòu)要求不高，僅 需將反射鏡組調(diào)節(jié)到較高精度即可。由于反射鏡組在工作過程中兩反射面相對靜止不動， 因此只需一次精密調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)每次光路切換的精度要求，達到免調(diào)切換的目的。由于導 軌精度對切換機構(gòu)的定位定向精度幾乎沒有影響，因此，可以采用剛度稍差的滾動導軌，從 而減小驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動力。本發(fā)明也不需要復雜的定位鎖緊機構(gòu)，采用行程開關(guān)即可滿足 定位要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為1.06 μ m波長激光器的結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖2為1. 57 μ m波長激光器的結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖圖； 圖4為反射鏡組精度分析圖； 圖5為導軌定向誤差與定位誤差關(guān)系示意圖； 圖6為本發(fā)明在用于同軸輸出時的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示，1·〇6 μ m波長激光器主要包括以下器件：全反鏡i、聚光腔2、飽和吸 收體3、輸出鏡4、YAG晶體5和氙燈6。
[0013]采用光參量振蕩器（0P0)進行變頻的1. 57 μ m波長激光器如圖2所示，全反鏡1、 聚光腔2、飽和吸收體3、輸出鏡4、YAG晶體5、氙燈6、0P0諧振腔全反鏡7、0P0晶體8、0P0 諧振腔輸出鏡9和0Ρ0諧振腔10。
[0014] 由圖1和圖2可知，1.06μηι波長激光器和^了踐波長激光器的區(qū)別在于 1. 57 μ m波長激光器多了 1· 57 μ m 0Ρ0諧振腔。因此，通過將opo諧振腔移進移出光路，可 實現(xiàn)激光器在1. 06 μ m和1· 57 μ m兩個波段之間切換。但是，由于激光器光軸一致性要求， 0P0諧振腔在移入時應(yīng)保證與原光軸同軸：既要保證光軸的定向精度，又要保證光軸的位 置精度。
[0015] 如圖3所示，本發(fā)明的新型光路切換機構(gòu)，包括沿光線照射方向順次設(shè)置的全反 鏡1、聚光腔2、飽和吸收體3、輸出鏡4、導軌12、0Ρ0諧振腔全反鏡7、0Ρ0晶體8和0Ρ0諧 振腔輸出鏡9,聚光腔 2內(nèi)設(shè)有YAG晶體5和氤燈6,導軌12的方向與光線方向垂直，導軌 I2上滾動連接有反射鏡組，反射鏡組包括支架，支架下設(shè)有沿導軌12滾動且可鎖緊定位的 滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡10和第二反射鏡11，光線依次通過全反鏡1、YAG 晶體5、飽和吸收體3、輸出鏡4、第一反射鏡10、第二反射鏡n、〇p〇諧振腔全反鏡7、〇Ρ〇晶 體8和0Ρ0諧振腔輸出鏡9。
[0016] 第一反射鏡1〇和第二反射鏡11的鏡面均與光線呈45。夾角。
[0017] 本發(fā)明為有效減小雙波長激光器光路切換的難度，達到免調(diào)切換的目的，采用了 一種新的結(jié)構(gòu)型式。將ΟΡΟ諧振腔全反鏡7、0P0晶體8和ΟΡΟ諧振腔輸出鏡9從主光路中 移出，則通常情況下可輸出1· 06 μ m波長激光。當需輸出1.57 μ m波長激光時，則通過第一 反射鏡10和第二反射鏡11將主光路導入0P0諧振腔全反鏡7、0P0晶體8和0P0諧振腔輸 出鏡9。
[0018] 若僅依靠移動第一反射鏡10實現(xiàn)切換目的，則對第一反射鏡10的定位精度要求 依舊很高。且反射鏡對角度誤差還有放大作用，更不利于激光的光軸一致性。為有效解決 這一問題，將第一反射鏡10和第二反射鏡11先固定在一起，并將第一反射鏡10和第二反 射鏡11兩個反射面調(diào)至平行，構(gòu)成一反射鏡組。將反射鏡組安裝在支架上，支架通過滾輪 設(shè)在滾動連接在導軌12上，通過伺服機構(gòu)控制其在主光路內(nèi)外切換。由于反射鏡組的兩反 射面互相平行，無論在何位置均能保證出射光線與入射光線的距離和平行度，只要入射光 完全進入第一反射鏡10即可，因此很容易保證調(diào)節(jié)精度。本發(fā)明采用滾動調(diào)節(jié)方式，與滑 動調(diào)節(jié)相比具有更高的精度，且摩擦力小，不易磨損。盡管其剛度比滑動式導軌12差一些， 但可采用鎖緊機構(gòu)來提高剛度，且采用反射鏡組的形式也可以大大消除導軌12晃動對光 學系統(tǒng)的影響，從而滿足使用要求。
[0019] 0Ρ0諧振腔的重復定向精度主要依靠導軌12精度保證。要達到0. lmrad的重復 定向精度，對于100mm長的導軌12來說，導軌12間隙應(yīng)小于100 X tan (0.000 1)=0. 01mm。 盡管目前的高精度導軌12可以滿足這一需求，但加工十分困難，合格率低。且由于導軌12 的磨損，長時間應(yīng)用時也會降低導軌12精度。另外，為保證0. 1mm的重復定位精度，還必須 設(shè)計復雜精密的鎖緊機構(gòu)。
[0020] 如圖4所示，采用移動0P0諧振腔的工作模式，當將0P0諧振腔移進光路后，光軸 定向精度取決與導軌12的重復精度及定位精度。為保證系統(tǒng)剛度，采用滑動導軌12。設(shè) 導軌12長100mm，間隙〇· 〇1臟，則最大重復定位誤差為arctan (0.01/100)=0.1 mrad。但 此時加工精度已達到國標4級，加工非常困難。除了角度誤差，還有定位誤差。當滑動導軌 12定位誤差為1_時，0P0諧振腔的光軸與系統(tǒng)主光軸的偏差也達到1_，無法滿足使用要 求。因此，為滿足系統(tǒng)對定位誤差的要求，必須設(shè)計復雜精密的定位機構(gòu)。
[0021] 采用移動反射鏡組的工作模式，反射鏡組兩反射面可以事先調(diào)節(jié)到很高的平行 度。設(shè)調(diào)整后兩反射鏡平行度誤差為Θ。則兩反射鏡所在平面必有一條交線。為便于理 解，先分析一種特殊情況。當交線與反射鏡組安裝面平行時，若主光路從反射鏡1的入射角 度為45°，如圖4所示，經(jīng)反射鏡組反射后光路與主光路夾角為2 Θ。當反射鏡組繞垂直于 安裝面軸線方向偏轉(zhuǎn)α角時，經(jīng)反射鏡組反射后光路與主光路夾角仍為2Θ。
[0022] 事實上，反射鏡2相對反射鏡1的偏角Θ和導軌12誤差引起的反射鏡組的偏角 α是隨機的空間角，不可能剛好處于安裝平面內(nèi)。如圖4所示，設(shè)反射鏡1與反射鏡組安 裝面交線方向為X軸，反射鏡1法線方向為Υ軸，反射鏡組安裝面法線方向為Ζ軸，三者構(gòu) 成右手坐標系0ΧΥΖ。如圖4所示，當反射鏡組在理論位置上時，記為(\XJiA。在此坐標系 下，主光軸矢量ρ=[ι，_1，0]。
[0023] 當反射鏡組偏離理論位置α角時，坐標系0ΧΥΖ隨反射鏡1也偏轉(zhuǎn)α角。此角度 可分解為先繞X軸旋轉(zhuǎn)α χ，然后繞Υ軸旋轉(zhuǎn)α γ，再繞Ζ軸旋轉(zhuǎn)α ζ。主光軸矢量在坐標系 0ΧΥΖ內(nèi)的方向矢量為： P1=P · Tx · τγ · τζ。
[0024] 其中
【權(quán)利要求】
1. 新型光路切換機構(gòu)，其特征在于：包括沿光線照射方向順次設(shè)置的全反鏡、聚光腔、 飽和吸收體、輸出鏡、導軌、ΟΡΟ諧振腔全反鏡、ΟΡΟ晶體和ΟΡΟ諧振腔輸出鏡，聚光腔內(nèi)設(shè) 有YAG晶體和氙燈，導軌的方向與光線方向垂直，導軌上滾動連接有反射鏡組，反射鏡組包 括支架，支架下設(shè)有沿導軌滾動且可鎖緊定位的滾輪，支架上設(shè)有平行設(shè)置的第一反射鏡 和第二反射鏡，光線依次通過全反鏡、YAG晶體、飽和吸收體、輸出鏡、第一反射鏡、第二反射 鏡、0Ρ0諧振腔全反鏡、0Ρ0晶體和0Ρ0諧振腔輸出鏡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光路切換機構(gòu)，其特征在于：第一反射鏡和第二反射鏡 的鏡面均與光線呈45°夾角。
【文檔編號】H01S3/105GK104300353SQ201410564796
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】朱曉凱, 李勇, 李衛(wèi)森, 劉朝麗, 李俊偉, 高志巧, 康朝陽, 黃尚兵, 孟冬, 晉培利, 薛珮瑤, 劉碩, 鄭建鋒, 張棟, 孟楷, 柴利飛 申請人:中國電子科技集團公司第二十七研究所