專利名稱：一種帶有波長顯示功能的CO₂激光器波長調(diào)諧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種帶有波長顯示功能的(X)2激光器波長調(diào)諧裝置。
背景技術(shù)：
CO2激光器具有非常豐富的輸出譜線，目前已觀察到的譜線達到200多條，覆蓋范 圍9 μ m 11 μ m。盡管(X)2分子有如此大量的譜線，但由于(X)2激光器中存在轉(zhuǎn)動譜線的 競爭效應(yīng)，通常只有1 3條譜線輸出。而9 μ m 11 μ m均處于光束傳輸?shù)拇髿獯翱?，?此在激光測距、測速、成像雷達、環(huán)境探測及空間通訊等激光器的實際應(yīng)用方面具有極為廣 闊的前景。這些應(yīng)用中往往需要CO2激光器具有輸出波長可調(diào)諧的功能，從而使波長調(diào)諧 技術(shù)也成為(X)2激光器的一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，CO2激光器波長調(diào)諧的一種方法是光柵調(diào)諧法，即利用光柵替代通常激光器 光學(xué)諧振腔中的輸出鏡實現(xiàn)激光振蕩，通過光柵的旋轉(zhuǎn)達到波長選擇的目的。但此時激光 輸出的方向也將隨光柵的旋轉(zhuǎn)而變化，給激光器的應(yīng)用帶來許多不便，為此科技工作者也 利用光學(xué)的角反射器原理實現(xiàn)激光器定向定位輸出。此方法設(shè)計時均采用轉(zhuǎn)臺式設(shè)計，如 圖1所示，即光柵1和反射鏡2安裝在同一個轉(zhuǎn)臺3上，并使光柵1的表面與平面反射鏡2 的交線與轉(zhuǎn)臺3同軸，本發(fā)明就是基于這一原理設(shè)計的一個CO2激光器輸出波長調(diào)諧裝置。 在實際中對該裝置的基本要求是波長調(diào)諧精度高、激光束方向位置穩(wěn)定、使用方便、可靠 性好。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是復(fù)旦大學(xué)的羅龍根等人提出的，發(fā)表于《應(yīng)用激 光》1990年第4期，如圖2所示，包括第一平面反射鏡4、轉(zhuǎn)臺底板5、第二平面反射鏡6、光 柵7、壓電陶瓷8、絕緣平板9、金屬支架10和轉(zhuǎn)臺11。該裝置也是應(yīng)用光學(xué)角反射器原理 設(shè)計的，可實現(xiàn)(X)2激光器波長的調(diào)諧和定向定位輸出，但該裝置沒有激光器輸出波長的實 時顯示功能，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，難以滿足激光器的實際使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提高激光輸出波長的穩(wěn)定性，增 加輸出波長的實時顯示功能，滿足可調(diào)諧CO2激光器實際應(yīng)用的需要，特設(shè)計一種帶有波長 顯示功能的(X)2激光器波長調(diào)諧裝置。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種帶有波長顯示功能的(X)2激光器波長調(diào)諧 裝置。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖3所示，包括轉(zhuǎn)臺12、光柵支架13、光柵14、第一平面反 射鏡15、反射鏡支架16、可見光半導(dǎo)體激光器17、光敏開關(guān)18、光敏開關(guān)支架19、導(dǎo)線20、 波長顯示面板21、指示燈22、CO2激光器放電管23、第二平面反射鏡24。轉(zhuǎn)臺12為精密轉(zhuǎn)臺，光柵支架13和反射鏡支架16通過螺栓固定在轉(zhuǎn)臺12上，使 光柵支架13的工作面和反射鏡支架16的工作面垂直于轉(zhuǎn)臺12的工作面，并使光柵支架13 的工作面與反射鏡支架16的工作面之間形成固定的夾角；光柵14為平面反射式光柵，其刻線走向與轉(zhuǎn)臺12的轉(zhuǎn)軸平行，通過光柵14的背面固定安裝在光柵支架13的工作面上； 第一平面反射鏡15通過它的背面固定安裝在反射鏡支架16的工作面上，因為光柵支架13 的工作面與反射鏡支架16的工作面之間的夾角固定，所以光柵14的反射工作面與第一平 面反射鏡15的反射工作面之間的夾角也是固定的，且兩個反射工作面的交線垂直于轉(zhuǎn)臺 12的工作面并與轉(zhuǎn)臺12的軸線共軸，構(gòu)成了角反射器；CO2激光器放電管23的光軸通過光 柵14反射工作面的中心，從光柵14的反射工作面反射出來的(X)2激光束，即(X)2激光束的 零級衍射光，射向第一平面反射鏡15的反射工作面上，在第一平面反射鏡15反射出的CO2 激光束的零級衍射光的光軸上置有第二平面反射鏡對，第二平面反射鏡M的反射面與來 自第一平面反射鏡15的反射CO2激光束的零級衍射光的光軸成一定的角度安裝；在轉(zhuǎn)臺12 上位于反射鏡支架16的外側(cè)，固定裝有水平放置的可見光半導(dǎo)體激光器17，在可見光半導(dǎo) 體激光器17發(fā)射激光的光軸上置有固定在光敏開關(guān)支架19上的與光軸垂直的由單個光敏 開關(guān)18排成一排的光敏開關(guān)組，由一排單個光敏開關(guān)18組成的光敏開關(guān)組通過導(dǎo)線20與 固定在波長顯示面板21上的一排指示燈22連接；可見光半導(dǎo)體激光器17、光敏開關(guān)18、波 長顯示面板21及固定在波長顯示面板21上的一排指示燈22構(gòu)成了激光輸出波長的標定 與顯示系統(tǒng)。工作原理說明本裝置在使用前需要對裝置進行調(diào)整，對激光輸出波長進行調(diào)諧， 對激光器的輸出波長進行標定。該調(diào)整是在光學(xué)諧振腔參數(shù)確定的基礎(chǔ)上進行的，并于激 光管安裝后進行，其要求是獲得激光器輸出功率的最大值和保證激光束方向與位置的穩(wěn)定 性。1)裝置的安裝調(diào)整光柵的調(diào)整將光柵支架13固定在轉(zhuǎn)臺12上，用螺栓將其與光柵14連接，使光柵 14反射工作面與轉(zhuǎn)臺12的工作面大致垂直；將一束與激光器放電管23共軸的可見光(采 用He-Ne激光器或半導(dǎo)體激光器)照射到光柵14的中心，調(diào)整光柵支架13的俯仰角及光 柵14相對于光柵支架13的角度(同時利用螺栓保持兩者的禁錮)，使旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺12時光柵 14反射的各級次光斑均處于同一水平面上，并通過入射光的位置，此時光柵的刻線與轉(zhuǎn)臺 的軸線平行。角反射器的調(diào)整將第一平面反射鏡15固定在反射鏡支架16上，并將反射鏡支架 16固定在轉(zhuǎn)臺12上，利用上述方法將第一平面反射鏡15調(diào)至與可見光激光束垂直；反復(fù) 調(diào)整光柵支架13和反射鏡支架16的水平方向旋扭，使經(jīng)第一平面反射鏡15反射的零級光 位置不變，此時光柵14的反射工作面與第一平面反射鏡15的反射工作面形成的平面相交 于轉(zhuǎn)臺12的軸線上，即完成角反射器的調(diào)整。2)激光輸出波長的調(diào)諧本發(fā)明裝置是利用光柵14與激光器放電管23尾部的全反射鏡組成的光學(xué)諧振腔 形成激光器振蕩的，光柵14的工作方式為一級振蕩、零級輸出，根據(jù)利特羅(Littrow)自準 直條件下的光柵方程Odsina =mA)可計算出不同輸出波長對應(yīng)的光柵14反射工作面 與激光器放電管23光軸之間的夾角，如對于120線/mm的光柵，9. 3 μ m波長對應(yīng)的夾角 (90- α )為34.5°，9. 3 μ m處CO2激光器的最小波長間隔為0. 01 μ m，所對應(yīng)的光柵14的 轉(zhuǎn)角最小步長為2.5'。通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺12改變光柵14反射工作面與激光器放電管23光軸 之間的夾角即可實現(xiàn)(X)2激光器輸出波長的調(diào)諧。
3)激光器波長的標定本發(fā)明是利用激光輸出波長與光柵位置(角度)的對應(yīng)關(guān)系進行標定的。具體方 法是在轉(zhuǎn)臺12上安裝一個水平放置的可見光半導(dǎo)體激光器17，在其輸出方向上安裝一組 水平排列的光敏開關(guān)18，當(dāng)轉(zhuǎn)臺12轉(zhuǎn)動時，可見光半導(dǎo)體激光器17輸出的激光束照射在不 同的光敏開關(guān)18上，通過導(dǎo)線20連接控制一組指示燈22的開關(guān)，從而建立起不同波長與 指示燈22間的一一對應(yīng)關(guān)系，達到(X)2激光器輸出波長標定與顯示的目的。本發(fā)明的積極效果根據(jù)角反射器原理優(yōu)化設(shè)計的(X)2激光器輸出波長調(diào)諧裝置 實現(xiàn)了 CO2激光器的定向定位輸出，簡化了該裝置的裝調(diào)過程，增加了 CO2激光器諧振腔的 穩(wěn)定性；用簡單易行的方法實現(xiàn)了(X)2激光器輸出波長的實時顯示，增強了(X)2激光器的實 用性。


圖1是光學(xué)角反射器原理示意圖；圖2是已有技術(shù)的(X)2激光器波長調(diào)諧裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的(X)2激光器波長調(diào)諧裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明按圖3所示的結(jié)構(gòu)實施，其中轉(zhuǎn)臺12采用北京卓立漢光儀器有限公司生 產(chǎn)的RSM82-1A型精密旋轉(zhuǎn)臺，微調(diào)范圍士 10°，角度分辨率為2'，光柵支架13和反射鏡 支架16采用北京卓立漢光儀器有限公司生產(chǎn)的TSMT5-2型兩維傾斜調(diào)整架，光柵14采 用120線/mm金屬原刻光柵，外形尺寸為40mmX 40mmX 12mm(長X寬X厚)，第一平面反 射鏡15和第二平面反射鏡M采用金屬鍍金反射鏡，外形尺寸為40mmX40mmX6mm(長X 寬X厚)，光柵14的反射工作面與第一平面反射鏡15的反射工作面之間的夾角設(shè)為60°， 可見光半導(dǎo)體激光器17輸出波長均為0. 63 μ m，光敏開關(guān)18采用Honeywell公司生產(chǎn)的 SD1440-001光電接受器，數(shù)量不少于10個，光敏開關(guān)支架19采用非金屬材料自制，波長顯 示面板21采用鋁板自制，指示燈22采用江門市慧源電子有限公司生產(chǎn)的5034SER1AC高亮 度LED，數(shù)量與光敏開關(guān)18相同。權(quán)利要求
1. 一種帶有波長顯示功能的CO2激光器波長調(diào)諧裝置，包括轉(zhuǎn)臺(12)、光柵(14)、第 一平面反射鏡(15)、第二平面反射鏡04)；其特征在于還包括光柵支架(13)、反射鏡支架 (16)、可見光半導(dǎo)體激光器(17)、光敏開關(guān)(18)、光敏開關(guān)支架(19)、導(dǎo)線(20)、波長顯示 面板(21)、指示燈(22)、C02激光器放電管(23)；轉(zhuǎn)臺(12)為精密轉(zhuǎn)臺，光柵支架(13)和反 射鏡支架(16)通過螺栓固定在轉(zhuǎn)臺(1 上，使光柵支架(1 的工作面和反射鏡支架(16) 的工作面垂直于轉(zhuǎn)臺(12)的工作面，并使光柵支架(13)的工作面與反射鏡支架(16)的工 作面之間形成固定的夾角；光柵(14)為平面反射式光柵，其刻線走向與轉(zhuǎn)臺(12)的轉(zhuǎn)軸 平行，通過光柵(14)的背面固定安裝在光柵支架(1 的工作面上；第一平面反射鏡(15) 通過它的背面固定安裝在反射鏡支架(16)的工作面上，因為光柵支架(13)的工作面與反 射鏡支架(16)的工作面之間的夾角固定，所以光柵(14)的反射工作面與第一平面反射鏡 (15)的反射工作面之間的夾角也是固定的，且兩個反射工作面的交線垂直于轉(zhuǎn)臺(12)的 工作面并與轉(zhuǎn)臺(12)的軸線共軸，構(gòu)成了角反射器；CO2激光器放電管03)的光軸通過光 柵(14)反射工作面的中心，從光柵(14)的反射工作面反射出來的CO2激光束，即此CO2激光 束的零級衍射光，射向第一平面反射鏡(15)的反射工作面上，在第一平面反射鏡(15)反射 出的CO2激光束的零級衍射光的光軸上置有第二平面反射鏡(M)，第二平面反射鏡04)的 反射面與來自第一平面反射鏡(15)的反射CO2激光束的零級衍射光的光軸成一定的角度 安裝；在轉(zhuǎn)臺(1 上位于反射鏡支架(16)的外側(cè)，固定裝有水平放置的可見光半導(dǎo)體激光 器(17)，在可見光半導(dǎo)體激光器(17)發(fā)射激光的光軸上置有固定在光敏開關(guān)支架(19)上 的與光軸垂直的由單個光敏開關(guān)(18)排成一排的光敏開關(guān)組，由一排單個光敏開關(guān)(18) 組成的光敏開關(guān)組通過導(dǎo)線OO)與固定在波長顯示面板上的一排指示燈0 連接； 可見光半導(dǎo)體激光器(17)、光敏開關(guān)(18)、波長顯示面板及固定在波長顯示面板 上的一排指示燈02)構(gòu)成了激光輸出波長的標定與顯示系統(tǒng)。
全文摘要
一種帶有波長顯示功能的CO2激光器波長調(diào)諧裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種激光器波長調(diào)諧裝置。要解決的技術(shù)問題是提供一種帶有波長顯示功能的CO2激光器波長調(diào)諧裝置。技術(shù)方案包括轉(zhuǎn)臺、光柵支架、光柵、第一、二平面反射鏡、反射鏡支架、可見光半導(dǎo)體激光器、光敏開關(guān)、光敏開關(guān)支架、導(dǎo)線、波長顯示面板、指示燈、CO2激光器放電管。將光柵和第一平面反射鏡通過支架成一定角度固定在轉(zhuǎn)臺上，使光柵的反射工作面與第一平面反射鏡的反射工作面的交線垂直于轉(zhuǎn)臺工作面并與轉(zhuǎn)臺軸線共軸；在轉(zhuǎn)臺上固定裝有可見光半導(dǎo)體激光器，它與光敏開關(guān)，指示燈通過導(dǎo)線連接，構(gòu)成激光輸出波長的標定與顯示系統(tǒng)。增強了CO2激光器的實用性。
文檔編號H01S3/223GK102053447SQ20091006698
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者張傳勝, 李殿軍, 楊貴龍, 耿玉民, 謝冀江 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所