反射型空间滤波器调试装置和方法制造方法及图纸

技术编号:19008575 阅读:37 留言:0更新日期:2018-09-22 08:32
一种光学系统调试装置和方法,该装置由宽光谱光纤点光源、消色差准直透镜组、待调试的反射型空间滤波器、反射镜、消色差缩束透镜组、波前传感器、采集计算机和真空机组组成,利用哈特曼传感器实时检测反射型空间滤波器输出激光光束波前信息,并反馈精密调节空间滤波器输入和输出离轴抛物面镜,达到空间滤波器具备共焦共轴和输出高光束质量的特性。本发明专利技术具有结构简单,调试方便,实时反馈光束波前信息,波前测量精度高等特点,并可利用测量到的光束波前信息准确评估反射型空间滤波器的质量,提升反射型空间滤波器的调试水平,支撑反射型空间滤波器在超短超强等激光装置的技术应用。

Debugging device and method for reflective spatial filter

An optical system debugging device and method consisting of a wide spectrum optical fiber point source, an achromatic collimating lens group, a reflective spatial filter to be debugged, a mirror, an achromatic beam reduction lens group, a wavefront sensor, a acquisition computer and a vacuum unit are described. A Hartmann sensor is used to detect a reflective spatial filter in real time. The wavefront information of the laser beam is output by the wavefront, and the input and output of the spatial filter are precisely adjusted by feedback, so that the spatial filter has the characteristics of confocal and output high beam quality. The invention has the advantages of simple structure, convenient debugging, real-time feedback of beam wavefront information, high precision of wavefront measurement, and can accurately evaluate the quality of reflective spatial filter by using the measured beam wavefront information, improve the debugging level of reflective spatial filter, and support reflective spatial filter in ultra-short and ultra-strong, etc. Technology application of laser device.

【技术实现步骤摘要】
反射型空间滤波器调试装置和方法
本专利技术涉及光学系统调试装置和方法,特别是一种反射型空间滤波器的调试装置和方法。
技术介绍
空间滤波器是激光驱动器中关键的光学系统。它用于抑制激光放大过程中非线性效应,提高系统安全运行通量和效率,对高频信息进行滤波截止,保护激光工作介质。因此,空间滤波器的性能及其调试对于激光驱动器的研制和后期运行是至关重要的。目前,在高功率激光驱动器领域中分为两个类型:一类是脉宽在纳秒到皮秒量级、脉冲能量在兆焦量级的大能量激光系统;另一类是脉宽在皮秒到飞秒、能量在焦耳到千焦耳量级的超短超强激光系统。兆焦量级的大能量激光系统中通常使用不同口径的透射型空间滤波器,即输入和输出镜均为透镜,专利(ZL201510031277.5)针对透射型空间滤波器调试装置和方法已进行了阐述和说明。超短超强激光系统已进入拍瓦(PW,1015W)阶段,聚焦功率密度达到1022W/cm2量级,且正在朝更高的目标10PW迈进。超短超强激光技术的发展使得激光与物质相互作用的研究进入了强相对论性和非线性范畴,对推动物理、材料和生物医学等学科的发展将具有积极的作用。为满足上述要求,超短超强激光系统需要具备几十纳米宽光谱激光光束特征,即脉宽在飞秒或几十飞秒量级。由于材料色散的原因,宽光谱激光光束在透射型空间滤波器中传输时,不同波长激光入射透镜后聚焦焦距不同,极易造成空间滤波器堵孔,降低激光驱动器安全运行能力,甚至严重损坏激光驱动器。目前,超短超强激光驱动器在设计和研制中,采用反射式空间滤波器是一项行之有效且需具备精密调试和安装能力的重要技术途径。它克服了由材料色散引入的不利因素,输入和输出均为离轴抛物面镜,不同波长激光入射后聚焦焦距相同,进而显著提升超短超强激光驱动器的安全运行能力,支撑激光与物质在强相对论性和非线性范畴内相互作用的研究。本专利根据上述超短超强激光驱动器研制需求,搭建了反射型空间滤波器的调试装置,利用波前传感器监测输出光束波前信息,完成反射型空间滤波器的精密调试。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的缺点,提出一种反射型空间滤波器的调试装置和方法,该装置由宽光谱光纤点光源、消色差准直透镜组、待调试的反射型空间滤波器、反射镜、消色差缩束透镜组、波前传感器、采集计算机和真空机组组成。该调试装置和方法具有结构简单,调试方便,实时反馈光束波前信息,波前测量精度高等特点,并可利用测量得到的光束波前信息准确评估反射型空间滤波器的质量,提升反射型空间滤波器的调试水平,支撑反射型空间滤波器在超短超强等激光装置的技术应用。为实现上述目的,本专利技术采取了如下技术方案:一种反射型空间滤波器的调试装置,其特点在于:包括宽光谱光纤点光源、消色差准直透镜组、第一反射镜、第二反射镜、消色差缩束透镜组、波前传感器、采集计算机和真空机组;所述的宽光谱光纤点光源位于消色差准直透镜组的焦点处,所述的宽光谱光纤点光源的发散光束经消色差准直透镜组准直平行光后,经反射型空间滤波器的真空密封输入窗口入射,到达反射型空间滤波器的离轴抛物镜主镜,经离轴抛物镜主镜反射聚焦后再由离轴抛物镜次镜准直为平行光束,再经反射型空间滤波器的真空密封输出窗口输出后,依次经所述的第一反射镜和第二反射镜反射后,射入所述的消色差缩束透镜组,经该消色差缩束透镜组使光束口径缩小后入射所述的波前传感器,该波前传感器与采集计算机相连;所述的第一反射镜和第二反射镜通过调节俯仰和偏摆,可引导反射型空间滤波器输出光束共轴入射消色差缩束透镜组;所述的消色差缩束透镜组将反射型空间滤波器输出平行光光束口径缩小至波前传感器采集口径,并使两者满足共轭成像关系;所述的真空机组与反射型空间滤波器相连,用于保持反射型空间滤波器腔体内真空状态。所述的消色差准直透镜组由火石玻璃和冕牌玻璃组成,它们安装在同轴镜筒内,所述的宽光谱光纤点光源出射光束先经火石玻璃后再入射冕牌玻璃。所述的消色差缩束透镜组为开普勒结构透镜组,由共焦共轴特征的输入消色差透镜组和输出消色差透镜组组成。所述的输入消色差透镜组和输出消色差透镜组均由火石玻璃与冕牌玻璃组合而成,它们安装在同轴长镜筒内。沿光束方向,输入消色差透镜组内排放顺序为先冕牌玻璃后火石玻璃;输入消色差透镜组内排放顺序为先火石玻璃后冕牌玻璃。所述的反射型空间滤波器的调试装置进行调试的方法,其特点在于,该方法包括如下步骤:①将未安装离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜的反射型空间滤波器的真空密封腔体安装在光学台面的支撑架上,真空密封腔体前级镜筒机械中心轴与宽光谱光纤点光源和消色差准直透镜组同光轴;②调节第一反射镜和第二反射镜,使反射型空间滤波器输出光束依次经第一反射镜和第二反射镜后同轴入射到所述的消色差缩束透镜组;③开启采集计算机,采集计算机通过波前传感器实时采集激光光束波前信息存储至采集计算机的波前测量软件,生成波前采集标定数据;④将离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜分别安装至反射型空间滤波器内的调整架上,利用步进电机控制器精细调节调整架的五维电机,完成离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜的姿态调整;⑤平移第一反射镜,使宽光谱激光光束经反射型空间滤波器的真空密封输出窗口输出后依次经第一反射镜和第二反射镜后同轴入射到所述的消色差缩束透镜组;⑥重新开启采集计算机,加载步骤③中生成的波前采集标定数据,测量反射型空间滤波器输出光束的波前数据。监测激光光束光斑形状,精细调节离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜调整架的俯仰、偏摆、升降、左右维度调节使离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜光轴重合,保证入射光束光斑形态和出射光斑形态一致;⑦利用波前采集软件监测反射型空间滤波器的输出光束离焦像差,开启离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜调整架的前后平移步进电机,当离焦像差呈现为发散状态时,增加离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜间距;当离焦像差呈现为汇聚状态时,缩短离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜间距;当离焦像差接近零,即离焦像差调试消除后,离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜焦点重合;⑧开启真空机组,抽取反射型空间滤波器腔体内真空度至真空。在真空条件下,离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜的焦距缩短,反射型空间滤波器输出光束离焦像差呈现汇聚状态,再次开启离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜调整架的前后平移步进电机并缩短离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜间距,波前传感器监控条件下,调节消除反射型空间滤波器输出光束离焦像差;⑨开启反射型空间滤波器滤波小圆孔步进电机控制器,进行升降、左右和前后平移的调节,利用滤波小圆孔边缘的刀口横向剪切离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜公共焦点,完成滤波小圆孔几何中心与反射型空间滤波器的激光光束焦点重合。所述的步骤⑧和⑨中,真空机组的始终处于工作状态,保证反射型空间滤波器内真空,离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜经调试具备共轴和共焦特征后,反射型空间滤波器输出光束具备高光束质量,完成反射型空间滤波器的精密调试。所述消色差缩束透镜组将反射型空间滤波器输出光束口径缩小至波前传感器采集口径,并使两者满足共轭成像关系,同时依据光学系统设计的缩束比提升波前传感器对反射型空间滤波器的调试精度和灵敏性。所述的波前传感器具备实时测量入射宽光谱激光光束波前的功能,同时反馈数据至采集计算机驱动步进电机控制器对反射型空间滤波器离轴抛物镜主镜和离本文档来自技高网
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反射型空间滤波器调试装置和方法

【技术保护点】
1.一种反射型空间滤波器的调试装置,其特征在于:包括宽光谱光纤点光源(1)、消色差准直透镜组(2)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、消色差缩束透镜组(11)、波前传感器(8)、采集计算机(9)和真空机组(10);所述的宽光谱光纤点光源(1)位于消色差准直透镜组(2)的焦点处,所述的宽光谱光纤点光源(1)的发散光束经消色差准直透镜组(2)准直平行光后,经反射型空间滤波器(3)的真空密封输入窗口入射,到达反射型空间滤波器(3)的离轴抛物镜主镜,经离轴抛物镜主镜反射聚焦后再由离轴抛物镜次镜准直为平行光束,再经反射型空间滤波器(3)的真空密封输出窗口输出后,依次经所述的第一反射镜(4)和第二反射镜(5)反射后,射入所述的消色差缩束透镜组(11),经该消色差缩束透镜组(11)使光束口径缩小后入射所述的波前传感器(8),该波前传感器(8)与采集计算机(9)相连;所述的第一反射镜(4)和第二反射镜(5)通过调节俯仰和偏摆,可引导反射型空间滤波器(3)输出光束共轴入射消色差缩束透镜组(11);所述的消色差缩束透镜组(11)将反射型空间滤波器(3)输出平行光光束口径缩小至波前传感器(8)采集口径,并使两者满足共轭成像关系;所述的真空机组(10)与反射型空间滤波器(3)相连,用于保持反射型空间滤波器(3)腔体内真空状态。...

【技术特征摘要】
1.一种反射型空间滤波器的调试装置,其特征在于:包括宽光谱光纤点光源(1)、消色差准直透镜组(2)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、消色差缩束透镜组(11)、波前传感器(8)、采集计算机(9)和真空机组(10);所述的宽光谱光纤点光源(1)位于消色差准直透镜组(2)的焦点处,所述的宽光谱光纤点光源(1)的发散光束经消色差准直透镜组(2)准直平行光后,经反射型空间滤波器(3)的真空密封输入窗口入射,到达反射型空间滤波器(3)的离轴抛物镜主镜,经离轴抛物镜主镜反射聚焦后再由离轴抛物镜次镜准直为平行光束,再经反射型空间滤波器(3)的真空密封输出窗口输出后,依次经所述的第一反射镜(4)和第二反射镜(5)反射后,射入所述的消色差缩束透镜组(11),经该消色差缩束透镜组(11)使光束口径缩小后入射所述的波前传感器(8),该波前传感器(8)与采集计算机(9)相连;所述的第一反射镜(4)和第二反射镜(5)通过调节俯仰和偏摆,可引导反射型空间滤波器(3)输出光束共轴入射消色差缩束透镜组(11);所述的消色差缩束透镜组(11)将反射型空间滤波器(3)输出平行光光束口径缩小至波前传感器(8)采集口径,并使两者满足共轭成像关系;所述的真空机组(10)与反射型空间滤波器(3)相连,用于保持反射型空间滤波器(3)腔体内真空状态。2.根据权利要求1所述的反射型空间滤波器的调试装置,其特征在于:所述的消色差准直透镜组(2)由火石玻璃和冕牌玻璃组成,它们安装在同轴镜筒内,所述的宽光谱光纤点光源(1)出射光束先经火石玻璃后再入射冕牌玻璃。3.根据权利要求1所述的反射型空间滤波器的调试装置,其特征在于:所述的消色差缩束透镜组(11)为开普勒结构透镜组,由共焦共轴的输入消色差透镜组(6)和输出消色差透镜组(7)组成。4.根据权利要求3所述的反射型空间滤波器的调试装置,其特征在于:所述的输入消色差透镜组(6)和输出消色差透镜组(7)均由火石玻璃与冕牌玻璃组合而成,安装在同轴长镜筒内,沿光束方向,输入消色差透镜组(6)内排放顺序为先冕牌玻璃后火石玻璃;输出消色差透镜组(7)内排放顺序为先火石玻璃后冕牌玻璃。5.根据权利要求1所述的反射型空间滤波器的调试装置进行调试的方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:①将未安装离轴抛物镜主镜和离轴抛物镜次镜的反射型空间滤波器的真空密封腔体安装在光学台面的支撑架上,真空密封腔体前级镜筒机械中心轴与宽光谱光纤点光源(1)和消色差准直透镜组(2)同光轴;②调节...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱海东郭爱林胡恒春谢兴龙康俊杨庆伟高奇
申请(专利权)人:中国科学院上海光学精密机械研究所
类型:发明
国别省市:上海,31

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