自适应调节空间滤波器及大功率射频板条CO2激光器制造技术

技术编号:15613538 阅读:71 留言:0更新日期:2017-06-14 02:42
本发明专利技术公开了一种应用于大功率射频板条CO2激光器的自适应调节空间滤波器,属于光束整形领域;现有技术中由于滤波器参数不能调节,当光束发生变化时光束质量严重下降;本发明专利技术提供的自适应调节滤波器包括控制单元和机械单元;控制单元接收温度传感器和四象限光探测器的信号,判断光路的状态和光束质量,控制机械单元中的精密步进电机和两个高分辨率直线电机运动,改变滤波器的狭缝大小、位置和姿态;非稳方向的光束旁瓣被滤除,得到各个方向发散角近似相等且光场强度呈基模高斯分布的圆形光束,对于射频板条激光器滤波器可以快速调节到最佳位置,提高了激光器系统的稳定性,降低了激光器输出光束质量对滤波器状态的敏感性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于大功率射频板条CO2激光器的自适应调节空间滤波器
本专利技术属于大功率激光光束整形领域,更具体地,涉及一种应用于大功率射频板条CO2激光器的自适应调节空间滤波器。
技术介绍
射频板条激光器的增益区为条状,传统的球面镜谐振腔无法提取出足够功率和高光束质量的激光输出。大功率射频板条CO2激光器采用负支非稳-波导混合腔采用侧边耦合输出形式。由于其良好的模式鉴别能力,非稳腔适合用于高功率、大增益、大菲涅尔数与大模体积的激光器。在横向大尺寸增益区间采用非对称非稳腔设计,在侧边获得接近衍射极限的准直激光输出,而在两极板间的窄间隙方向为波导腔设计,实现腔内增益介质体积与波导腔的最低阶模的良好匹配,从而获得高效率、高光束质量的激光振荡。射频板条激光器采用非稳-波导混合腔,使得激光器近场输出光斑在平行于电极平面的方向近似为多峰状分布。而在远场,光束在垂直于电极平面的方向将发散很大,远场光斑成长条形状。在光束整形前,输出光束整为长条形分布的简单象散光束,初始光束非稳方向上的光束半径大于波导方向上的光束半径,非稳方向光束发散角远小于波导方向光束发散角,且非稳方向上的光强分布带有大量的高空间频率振荡。这样的输出光束是不能够直接应用的,必须进行光束整形。整形系统基本结构为光腔侧边输出光束经90°转折后透过箱体壁上的金刚石窗口,再转折射到一个球面尾镜进行第一次会聚。经球面尾镜聚焦后,光束穿过一个空间滤波器,将影响光束质量的旁瓣过滤掉,然后投射到柱面镜进行第二次会聚,最后由一片球面镜反射输出,获得近似基模光束的激光光斑。目前空间滤波器普遍采用固定位置、固定大小和固定姿态的滤波器,由于滤波器狭缝的位置必须使得波导光束和非稳光束主瓣完全通过;而狭缝的大小必须准确对应非稳光束的主瓣宽度,将旁瓣反射出光路,狭缝方向对准光束的波导方向,使波导方向的光束完全通过。但是由于光路中其他原件的装配存在误差,实际光束的光轴不一定通过空间滤波器或者聚焦光斑大小发生变化甚至波导方向与狭缝方向不一致,当光束中心偏离狭缝会导致没有出光,光斑大于狭缝宽度则出光效率太低,光斑小于狭缝宽度则没有滤波效果,波导方向偏离狭缝可能导致新的旁瓣产生。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是克服大功率射频板条激光器光束整形系统中的缺陷,提供一种自动滤波除旁瓣的装置,得到各个方向发散角近似相等且光场强度呈基模高斯分布的圆形光束。本专利技术提供了一种应用于大功率射频板条CO2激光器的自适应调节空间滤波器,包括控制单元和机械单元,机械单元包括:第一高分辨率直线电机、第二高分辨率直线电机、精密步进电机、蜗杆、蜗轮、第一螺母、第一挡板、第一拨叉、旋转杆、平移滑块、旋转板、限位螺钉、翼板,同步正反向螺纹轴,第一导轨,旋转转接器,第二拨叉,第二挡板,第二螺母和第二导轨;所述第一挡板通过所述第一拨叉与所述第一螺母相连,所述第二挡板通过所述第二拨叉与所述第二螺母相连,所述第一螺母和所述第二螺母设置在所述同步正反向螺纹轴两侧,所述蜗轮固定在所述同步正反向螺纹轴中心,所述蜗杆位于所述蜗轮的一侧,所述精密步进电机的转轴通过所述旋转转接器与所述蜗杆相连,所述精密步进电机固定在所述平移滑块上,所述平移滑块套接在所述第一导轨和所述第二导轨上,所述第二高分辨率直线电机的顶杆通过所述旋转板的小孔与所述平移滑块相连,所述限位螺钉安装在所述旋转板的限位槽中与所述翼板连接,所述第一高分辨率直线电机通过所述翼板上的小孔与所述旋转杆相连接。更进一步地,所述机械单元还包括:第一复位弹簧、第二复位弹簧和第三复位弹簧;所述第一复位弹簧设置在所述旋转杆和所述翼板之间;所述第二复位弹簧安装在所述第二导轨上并使所述平移滑块在所述第二复位弹簧和所述第二高分辨率直线电机之间;所述第三复位弹簧安装在所述第一导轨上并使所述平移滑块在所述第三复位弹簧和所述第二高分辨率直线电机之间。更进一步地,所述控制单元包括:中央处理器,电源模块,信号采集模块和信号放大模块,信号放大模块、信号采集模块和中央处理器依次连接,信号放大模块的第一输入端用于连接温度传感器的输出端,信号放大模块的第二输入端用于连接四象限光电探测器的输出端,中央处理器的输出端连接机械单元;电源模块的一端连接市电,另一端分别连接至信号放大模块、信号采集模块和中央处理器的电源端。更进一步地,通过精密步进电机转轴旋转带动蜗杆旋转,蜗杆每转一圈蜗轮旋转一个螺纹,蜗轮旋转带动同步正反向螺纹轴转动,同步正反向螺纹轴上两个旋向相反的第一螺母和第二螺母同时带动第一拨叉和第二拨叉上的楔形挡板在横向轴线上移动,进而改变狭缝的大小;同时通过控制第一高分辨率直线电机压缩或释放复位弹簧控制挡板的整体位置,改变狭缝的位置;同时通过控制第一高分辨率直线电机推动旋转杆使得狭缝方向旋转。本专利技术还提供了一种包括上述的自适应调节空间滤波器的射频板条CO2激光器,包括:第一条形反射镜,第二条形反射镜,激光输出镜,输出窗口镜,转折镜,聚焦球面镜,自适应调节空间滤波器,温度传感器,柱面镜,准直球面镜,四象限光电探测器和一对平行板电极;所述第一条形反射镜和第二条形反射镜共焦放置,一对平行板电极放置在所述第一条形反射镜和第二条形反射镜之间,所述激光输出镜法线与所述第一条形反射镜和第二条形反射镜的对称轴成45°角放置,所述输出窗口镜法线与所述激光输出镜的法线成45°角,所述转折镜与所述激光输出镜平行放置,所述输出窗口镜位于所述激光输出镜和所述转折镜之间,所述聚焦球面镜的中轴线与所述激光输出镜法线成45°角,所述自适应调节空间滤波器位于所述聚焦球面镜和所述柱面镜之间,且所述自适应调节空间滤波器设置在所述聚焦球面镜的焦面上,所述温度传感器紧贴在自适应调节空间滤波器挡板表面,所述柱面镜的中轴线与所述聚焦球面镜的中轴线成一个小夹角,所述准直球面镜的轴线与所述柱面镜的中轴线关于所述聚焦球面镜的中轴线对称,所四象限光电探测器的法线垂直于所准直球面镜的中轴线。更进一步地,第一条形反射镜和所述第二条形反射镜均为凹面镜。更进一步地,所述四象限光电探测器的尺寸大于光束在探测器表面形成的光斑尺寸。本专利技术中处理器通过控制精密步进电机转动,使蜗轮蜗杆转动进而带动挡板同时同步运动,改变狭缝的大小;同时控制第一高分辨率直线电机压缩或释放复位弹簧控制挡板的整体位置,改变狭缝的位置;同时通过控制第一高分辨率直线电机推动旋转杆使得狭缝方向旋转。本专利技术中温度传感器应选择体积小,以不影响楔形挡板温度为准;且安装位置不能阻碍激光照射挡板。总体而言,通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比,具备下列有益效果:(1)本专利技术采用自适应空间滤波器,自动调节滤波器的大小、位置及姿态,提高了激光器系统的稳定性,降低了激光器输出光束质量对滤波器状态的敏感性。(2)采用精密步进电机与蜗轮蜗杆结构和高分辨率直线电机带动楔形挡板,使得楔形挡板移动迅速,定位精确,调光过程自动化程度提高,降低了人工装配引起的误差对光束质量带来的影响。(3)本自适应调节空间滤波器采用间距、位置及姿态可控的楔形挡板作为主要工作原件,提高了滤波器对不同参数的激光器的适应能力。附图说明图1是带有本专利技术的大功率射频板条激光器的系统示意图。图2是滤波器的空间示意图,及轴线说明。图3是滤波器不同的失调情况示本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种应用于大功率射频板条CO

【技术特征摘要】
1.一种应用于大功率射频板条CO2激光器的自适应调节空间滤波器,包括控制单元和机械单元,其特征在于,所述机械单元包括:第一高分辨率直线电机(13)、第二高分辨率直线电机(14)、精密步进电机(15)、蜗杆(16)、蜗轮(17)、第一螺母(18)、第一挡板(19)、第一拨叉(20)、旋转杆(23)、平移滑块(24)、旋转板(25)、限位螺钉(26)、翼板(27),同步正反向螺纹轴(28),第一导轨(29),旋转转接器(30),第二拨叉(32),第二挡板(33),第二螺母(34)和第二导轨(35);所述第一挡板(19)通过所述第一拨叉(20)与所述第一螺母(18)相连,所述第二挡板(33)通过所述第二拨叉(32)与所述第二螺母(34)相连,所述第一螺母(18)和所述第二螺母(34)设置在所述同步正反向螺纹轴(28)两侧,所述蜗轮(17)固定在所述同步正反向螺纹轴(28)中心,所述蜗杆(16)位于所述蜗轮(17)的一侧,所述精密步进电机(15)的转轴通过所述旋转转接器(30)与所述蜗杆(16)相连,所述精密步进电机(15)固定在所述平移滑块(24)上,所述平移滑块(24)套接在所述第一导轨(29)和所述第二导轨(35)上,所述第二高分辨率直线电机(14)的顶杆通过所述旋转板(25)的小孔与所述平移滑块(24)相连,所述限位螺钉(26)安装在所述旋转板(25)的限位槽中与所述翼板(27)连接,所述第一高分辨率直线电机(13)通过所述翼板(27)上的小孔与所述旋转杆(23)相连接。2.如权利要求1所述的自适应调节空间滤波器,其特征在于,所述机械单元还包括:第一复位弹簧(21)、第二复位弹簧(22)和第三复位弹簧(31);所述第一复位弹簧(21)设置在所述旋转杆(23)和所述翼板(27)之间;所述第二复位弹簧(22)安装在所述第二导轨(35)上并使所述平移滑块(24)在所述第二复位弹簧(22)和所述第二高分辨率直线电机(14)之间;所述第三复位弹簧(31)安装在所述第一导轨(29)上并使所述平移滑块(24)在所述第三复位弹簧(31)和所述第二高分辨率直线电机(14)之间。3.如权利要求1或2所述的自适应调节空间滤波器,其特征在于,所述控制单元包括:中央处理器,电源模块,信号采集模块和信号放大模块,信号放大模块、信号采集模块和中央处理器依次连接,信号放大模块的第一输入端用于连接温度传感器的输出端,信号放大模块的第二输入端用于连接四象限光电探测器的输出端,中央处理器的输出端连接机械单元...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐霞辉赵晟肖龙胜秦应雄肖瑜万辰皓许介铭姚巍
申请(专利权)人:华中科技大学深圳华中科技大学研究院
类型:发明
国别省市:湖北,42

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