一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法

摘要

本发明提供一种谐振腔镜固定方法，步骤如下：一：将激光器和镜座固定并粘好腔镜；二：标记腔镜法线指向，等待粘胶固化；三：粘胶完全固化后腔镜若发生转动，需应对比腔镜法线指向来得知偏转的方向和程度；四：制作2片不同厚度的箔片分别垫于镜座前后臂下以改变腔镜俯仰角五：转动镜座来调节方位角；六：拧紧螺丝，使腔镜法线方向标记的重合；若不能重合需重复步骤四和步骤五；七：激光器长期使用后腔镜失谐时，也可以通过调整镜座来进行维修；通过以上步骤，激光器在面临腔镜失谐问题时，可以迅速得到维修，同时还能保证良好的长时稳定性、温度稳定性和抗震性。解决了激光器装配和维护过程中效率和精度不可兼得的问题。

说明书

技术领域.

本发明提供一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法，它涉及激光器设计时谐振腔镜的固定方法，属于信息技术领域。

背景技术

由于激光器对谐振腔镜法线指向精度有着极高的要求，所以在设计激光器时对于腔镜的固定方法都要着眼于装配和后续维护环节谨慎考虑以保证其有较高的可操作性和稳定性。在现有的固定方法中，大型激光器多采用可调节镜架固定的方法。这种方法维护性非常好，但占用空间大，长时稳定性、温度稳定性和抗震性都较差。结构较紧凑的激光器多采用固定镜座，腔镜一次性粘接于其上的方法。这种方法的长时稳定性和温度稳定性通常优于前者，抗震性更是大幅优于前者，但在粘镜的胶完全固化之前会释放应力并发生微小形变从而使腔镜法线指向发生变化。即使在此过程中变化的幅度是可接受的，在最初的几轮高低温实验或经历较长时间以后，腔镜法线指向仍有可能发生不可接受的变化从而产生了修理和维护的需求。为了应对这一需求，除了重新粘镜之外，已有的做法之一是研磨法，即通过研磨镜座底部使其倾斜从而弥补偏转的腔镜，这种方法非常耗时费力，操作难度非常大，需要操作人员有丰富的经验和熟练的手法。另一种较常用的是在谐振腔内加装一组偏振棱镜对，通过转动之可轻微改变腔内激光走向以弥补腔镜的偏转。这种方法占用了额外的空间，提高了成本，有时还会出现调节余量不够的情况，故维护性并不好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法，该方法在不占用额外空间，不提高成本的前提下保证了装配时的可操作性，装配后的长时稳定性，温度稳定性和抗震性以及失谐后的维修性。

为解决上述技术问题，装配时，该发明提供的谐振腔镜固定方法包括一种特定形状的镜座(如图1所示)。

本发明一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法，其步骤如下：

步骤一：将待粘腔镜的激光器固定于稳定的平台上，其镜座用螺丝固定于激光器上；将腔镜用机械调整架夹持以合适的角度用环氧胶或紫外胶等粘胶粘接在镜座上；

步骤二：用妥善固定的可见光激光器或可调谐望远镜对准腔镜以标记其法线指向，然后等待粘胶固化；

步骤三：粘胶完全固化后腔镜一般会出现轻微的转动，此时应对比腔镜粘接前后反射光的位置来得知偏转的方向和程度；

步骤四：使用与机壳和镜座材料热膨胀系数相近的材料制作2片合适厚度的箔片；其一片垫于镜座前臂下，另一片适当压薄垫于后臂下以提升腔镜仰角；两箔片对换位置可提升腔镜俯角；

步骤五：适当拧紧螺丝通过转动镜座来调节使反射光点在标记位置的正上方或正下方；

步骤六：拧紧螺丝，使腔镜反射光点位置完全与标记点重合；若此时不能完全重合需重复步骤四和步骤五；

步骤七：激光器长期使用后发现腔镜失谐时，可以通过调整腔镜镜座(如图1所示)来进行维修，其维修的作法如下：

步骤1：将待维修的激光器固定于稳定的平台上；

步骤2：用妥善固定的可见光激光器或可调谐望远镜对准腔镜并标记其法线指向；

步骤3：将激光器置于工作状态，适当拧松镜座螺丝，轻轻扭转腔镜使方位角发生变化同时观察激光的光斑形状或能量，在可能的范围内获得最好激光输出时停止转动并标记反射光点位置作为备份；

步骤4：将顶丝拧进镜座前后臂的螺纹孔内以调节镜座的俯仰角，同时观察激光的光斑形状或能量，将输出的激光调节至满意的状态后标记反射光点的位置，标记完成后可撤除顶丝；

步骤5：使用与机壳和镜座材料热膨胀系数相近的材料制作2片合适厚度的箔片。其一片垫于镜座前臂下，另一片适当压薄垫于后臂下以提升腔镜仰角，两箔片对换位置可提升腔镜俯角；

步骤6：适当拧紧螺丝通过转动镜座来调节使反射光点在标记位置的正上方或正下方；

步骤7：拧紧螺丝，使腔镜反射光点位置完全与步骤4的标记点重合，若此时不能完全重合需重复步骤5和步骤6；

进一步地，所述腔镜可以是平面镜片也可以是带有曲率的镜片；使用平面镜片时可以用可见光激光器或可调谐望远镜标记其法线指向；使用带有曲率的镜片时，只能用可调谐望远镜或经纬仪标记其法线指向，且镜片的曲率需要在仪器限定的范围之内；

进一步地，所述机壳与镜座表面应有尽量好的平整度；

进一步地，所述螺丝应垫弹性垫片，以在适当拧松螺丝时保持一定的压力使镜座与机壳之间保持一定的摩擦力从而方便精细调节；

进一步地，机壳，镜座，金属箔片一般为铝，其中铝箔厚度通常为0.1mm。与适当压薄的铝箔配合使用其精度在俯仰方向上可高达2mrad。适当加长前后臂的距离可获得更高的精度。而谐振腔镜在偏转中心位置3～5mrad时开始影响激光输出能量。

需要特别指出的是：本发明所述的这个方法，不局限于谐振腔内的光学件，甚至不局限于激光器，它适用于所有需要精密固定镜片的场合。

其中，在步骤一中所述的“腔镜”，是指用光学玻璃制成的用来组成激光谐振腔的光学器件，一般为厚度几毫米的镜片，它工作面的法线指向的微波变化通常能极大地影响激光器的输出；所述的“待粘腔镜的激光器”，是指处于这样一种状态的激光器：谐振腔内除腔镜以外的器件在机壳上固定完毕，腔镜夹持在机械调整架上并已被调节至合适的位置及角度使谐振腔可以输出激光但还没有固定在机壳上；所述的“机械调整架”，是指一种能夹持住镜片并在一定范围内精细调节前后、左右和上下位置，方位、俯仰和滚转角度的机械装置，在每个可调节的方向上都有标尺可供读数以方便记录位置和偏移量。

其中，在步骤二中所述的“可见光激光器”，是指一种可发射可见激光的激光器，通常为发射红色激光的氦氖激光器，在激光调试中常用来指示光轴作为谐振腔内各光学器件工作面法线指向的基准同时可以通过观察反射光来辅助调节工作面法线指向；所述的“可调谐望远镜”，是指一种用来观察带有一定曲率的镜面法线指向的光学仪器，它可以从自身内部发射出一束基准光线投射到被测镜面上同时接收反射光，通过调节焦距可以使一定范围内不同曲率球面反射回来的光线焦距到仪器内部分划板平面上，通过读取分划板上的刻度可以定量得知被测镜面法线方向与基准光的夹角；因此可以用妥善固定的可调谐望远镜来标记和辅助调节被测平面的法线指向。

通过以上步骤，激光器在装配完成初期及长期使用后面临因各种应力释放、微小形变所导致的腔镜失谐问题时，可以在简单的辅助平台上用较短的时间得到维修，同时还能保证良好的长时稳定性、温度稳定性和抗震性。解决了激光器装配和维护过程中效率和精度不可兼得的问题。

本发明的有益技术效果在于：在应对装配机和返修机的失谐问题时，本发明可以在保证长时稳定性，温度稳定性和抗震性能的前提下实现低成本，低工时，低空间占用，高操作性的维修和维护方法。另外此方法所涉及的特定形状的镜座简单可靠，易于设计和加工。具体操作时所涉及到的工具仅包含固定工装，指示光，能量计等常规工具，所以极易实现。

附图说明

图1为本发明镜座的主视图，侧视图，俯视图和立体图。

图2为处理失谐腔镜时的工作台示意图(图中箭头方向为指示光传播方向)。

图3本发明所述方法流程图。

图中序号、符号、代号说明如下：

1、为镜座的前(后)臂，臂上有螺纹孔,2、为粘镜区,

3、为将镜座安装脚,4、为金属箔片，5、为镜座的后臂，

6、为失谐的腔镜，7、为记录反射光点位置所需的屏，

8、为妥善固定的可见光激光器，9、为激光器机壳，

10、为适当压薄的金属箔片，11、为镜座的前臂

具体实施方式

本发明一种应对潜在失谐可能的谐振腔镜固定方法，见图3所示，其步骤如下：

步骤一：将与激光器配套的工装用螺丝固定于光学平台上；将激光器机壳(如图2中9所示)用螺丝固定于工装上；将镜座(如图1所示)用加有平、弹垫片的螺丝固定于激光器相应位置上；将腔镜(如图2中6所示)用机械调整架夹持，调整腔镜的位置以使其与镜座的形状吻合，记录此时调整架上高度调节器上显示的高度，然后适当提升高度为调节角度留出空间。然后用调整架调节镜片的角度，使激光器输出激光。此时激光器处于待粘腔镜的状态(如图2所示)；最后将环氧胶或紫外胶等粘胶涂在镜片与镜座间的空隙并降低腔镜高度至刚才记录的位置。再次确定激光输出正常；

步骤二：将可见光激光器(如图2中8所示)固定在配套的工装上后整体固定在激光器光轴上距离1～2m处，使其发射出的指示光能以近乎垂直的角度照射到腔镜表面上；寻找腔镜反射的指示光并使其投射到一个屏(如图2中7所示)上，将屏固定在光学平台上并记录光点位置；对于带有一定曲率的球面腔镜，可以用可调谐望远镜替代可见光激光器，对准腔镜后开启其内部光源并调节其焦距直至可以观察到清晰的返回像，读取并记录像的位置刻度以标记其法线指向，然后等待粘胶固化；

步骤三：粘胶完全固化后一般会出现微小的形变导致腔镜出现轻微的转动，此时应对比腔镜粘接前后反射光的位置来得知偏转的方向和程度；

步骤四：以图2所示的腔镜失谐是因仰角增大为例，此时反射光点的位置高于标记位置故需要将镜座后臂(如图2中5所示)垫高；此时可使用与机壳和镜座材料热膨胀系数相近的材料制作2个相同厚度的箔片；其中一片垫于镜座后臂下(如图2中4所示)，另一片用一根金属杆适当压薄后(如图2中10所示)垫于前臂(如图2中11所示)下；

步骤五：适当拧紧螺丝使镜座与机壳接触紧密但又能在较大外力下与机壳之间发生相对滑动，用细金属杆轻轻推动镜座一侧安装脚(如图1中3所示)使方位角发生变化，直到镜座反射光点使之处于标记位置的正上方；

步骤六：拧紧螺丝，使腔镜反射光点位置完全与标记点重合；若此时不能完全重合需重复步骤四和步骤五；

步骤七：激光器长期使用后发现腔镜失谐时，可以通过调整腔镜镜座(如图1所示)来进行维修；其维修的作法如下：

步骤1：将与激光器配套的工装用螺丝固定于光学平台上；将待粘腔镜的激光器用螺丝固定于工装上。

步骤2：将可见光激光器固定在配套的工装上后整体固定在激光器光轴上距离1～2m处，使其发射出的指示光能以近乎垂直的角度照射到腔镜表面上。寻找腔镜反射的指示光并使其投射到一个屏上，将屏固定在光学平台上并记录光点位置。对于带有一定曲率的球面腔镜，可以用可调谐望远镜替代可见光激光器，对准腔镜后开启其内部光源并调节其焦距直至可以观察到清晰的返回像，读取并记录像的位置刻度以标记其法线指向。

步骤3：将激光器置于工作状态，适当拧松镜座螺丝使镜座与机壳接触紧密但又能在较大外力下与机壳之间发生相对滑动。此时镜座的俯仰有可能发生变化使激光器不能输出激光了。若发生这种情况，可在镜座的前后臂螺纹孔内拧进顶丝来调节俯仰并观察返回光点的位置，在步骤2中标记的位置附近寻找最佳点，至少应能保证有激光输出。然后用细金属杆轻轻推动镜座一侧安装脚使方位角发生变化同时观察激光的光斑形状或能量，在可能的范围内获得最好激光输出时停止转动并标记反射光点位置作为备份。

步骤4：将顶丝拧进镜座前后臂的螺纹孔内以调节镜座的俯仰角，同时观察激光的光斑形状或能量，将输出的激光调节至满意的状态。在此过程中方位角可能一起发生变化，此时可参照上一步备份的位置调整，然后继续用顶丝调节俯仰。最后标记反射光点的位置。标记完成后可撤除顶丝。

步骤5：以图2所示的腔镜失谐是因仰角增大为例，撤除顶丝反射光点的位置高于标记位置故需要将镜座后臂垫高。此时可使用与机壳和镜座材料热膨胀系数相近的材料制作2个相同厚度的箔片；其中一片垫于镜座后臂下，另一片用一根金属杆适当压薄后垫于前臂下。

步骤6：适当拧紧螺丝使镜座与机壳接触紧密但又能在较大外力下与机壳之间发生相对滑动，用细金属杆轻轻推动镜座一侧安装脚使方位角发生变化，直到镜座反射光点使之处于标记位置的正上方；

步骤7：拧紧螺丝，使腔镜反射光点位置完全与步骤4的标记点重合。若此时不能完全重合需重复步骤5和步骤6。