CN114235344A - 一种激光器谐振腔镜的调试装置及调试方法 - Google Patents
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Abstract
一种激光器谐振腔镜的调试装置及调试方法，属于激光器调试技术领域。一种激光器谐振腔镜的调试装置，包括He‑Ne激光器、负透镜、正透镜、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、反射镜Ⅲ、半透半反镜、CCD相机、电脑、谐振腔镜Ⅰ和谐振腔镜Ⅱ，He‑Ne激光器发射的激光依次穿过负透镜的中心、正透镜的中心，经反射镜Ⅰ反射至反射镜Ⅱ后，再反射至半透半反镜，穿过半透半反镜的光束入射至谐振腔镜Ⅰ或谐振腔镜Ⅱ，谐振腔镜Ⅰ或谐振腔镜Ⅱ将入射的光束反射至半透半反镜，经半透半反镜反射的光经反射镜Ⅲ反射至CCD相机，CCD相机与电脑电连接。本发明解决了传统激光器调试精度低的缺点，将传统激光器的调整精度提升了几个量级，提升了激光器的输出性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光器谐振腔镜的调试装置及调试方法，属于激光器调试技术领域。
背景技术
激光器的谐振腔是激光器的必要组成部分，其调整精度的高低直接影响激光器的输出性能，例如输出功率、输出模式和发射方向等。一台调整精度非常高的激光谐振腔，可以大大降低其几何偏折损耗，提高激光器的输出性能。在激光器谐振腔镜的调节中，技术人员通常采用He-Ne光和小孔光阑结合的手段来调节，使谐振腔镜反射的He-Ne光处于小孔光阑中心则认为调整完毕。这种方法虽然简单容易操作，但往往调整精度不高，难以将谐振腔的几何偏折损耗降到最低。
发明内容
本发明的第一个目的是为了提高激光器谐振腔镜的调整精度，提供了一种激光器谐振腔镜的调试装置。
本发明的第二个目的是提供一种使用激光器谐振腔镜的调试装置实现激光器谐振腔镜的调试方法。
为了实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
一种激光器谐振腔镜的调试装置，包括He-Ne激光器、负透镜、正透镜、反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ、反射镜Ⅲ、半透半反镜、CCD相机、电脑、谐振腔镜Ⅰ和谐振腔镜Ⅱ，所述He-Ne激光器发射的激光依次穿过负透镜的中心、正透镜的中心，经反射镜Ⅰ反射至反射镜Ⅱ后，再反射至半透半反镜，穿过半透半反镜的光束入射至谐振腔镜Ⅰ或谐振腔镜Ⅱ，所述谐振腔镜Ⅰ或谐振腔镜Ⅱ将入射的光束反射至半透半反镜，经半透半反镜反射的光经反射镜Ⅲ反射至CCD相机，所述CCD相机与电脑电连接。
一种利用所述的调试装置实现激光器谐振腔镜的调试方法，包括以下步骤：
S1：调整负透镜和正透镜共焦摆放，使He-Ne激光器发射的激光依次穿过负透镜和正透镜的中心；
S2：调整小孔光阑Ⅰ的位置，使透过正透镜的光束中心位于其通光孔Ⅰ中心；
S3：调节反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ，并调节小孔光阑Ⅱ的位置，使反射镜Ⅱ的反射光依次穿过小孔光阑Ⅱ的通光孔Ⅱ中心和半透半反镜并水平入射到谐振腔镜Ⅰ上；
S4：调整谐振腔镜Ⅰ，使入射并反射回的激光照射到小孔光阑Ⅱ上，并与其通光孔Ⅱ同心；
S5：调节半透半反镜和反射镜Ⅲ，使由谐振腔镜Ⅰ反射的光入射到CCD相机的光敏面上；
S6：入射到CCD相机的光斑由电脑显示，在显示区标记光斑位置；
S7：放入谐振腔镜Ⅱ，并将挡板插入谐振腔镜Ⅰ和谐振腔镜Ⅱ之间，粗调谐振腔镜Ⅱ，使入射并反射回的光能照射到小孔光阑Ⅱ上，并与其通光孔Ⅱ同心；
S8：此时由谐振腔镜Ⅱ反射的光由半透半反镜、反射镜Ⅲ反射后入射到CCD相机的光敏面上，并能在电脑上观察到光斑；
S9：精调谐振腔镜Ⅱ的偏转及俯仰角度，使其在电脑上显示的光斑位置与S6步骤中标记的光斑位置重合；
S10：撤去挡板，谐振腔镜Ⅰ和谐振腔镜Ⅱ调节完毕。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用CCD相机对组成谐振腔的两个镜片的反射光进行成像，通过两个镜片的反射光成像位置一致，来保证谐振腔镜片的高精度调整，解决了传统利用He-Ne光和小孔光阑调试精度不高的缺点。
2、本发明利用CCD相机代替肉眼对光斑进行观测，精度更高，误差仅几个像素，相比传统方法，调整精度要提升几个量级。
3、本发明采用扩束后的He-Ne光作为调试光源，大大降低了由于He-Ne光的指向抖动造成的观测误差，提升了调整精度；降低了激光器的几何偏折损耗，提升了激光器的输出性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中，1、He-Ne激光器；2、负透镜；3、正透镜；4、反射镜Ⅰ；5、反射镜Ⅱ；6、反射镜Ⅲ；7、半透半反镜；8、CCD相机；9、电脑；10、谐振腔镜Ⅰ；11、谐振腔镜Ⅱ；12、小孔光阑Ⅰ；13、小孔光阑Ⅱ；14、衰减片；15、挡板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一
一种激光器谐振腔镜的调试装置，包括He-Ne激光器1、负透镜2、正透镜3、反射镜Ⅰ4、反射镜Ⅱ5、反射镜Ⅲ6、半透半反镜7、CCD相机8、电脑9、谐振腔镜Ⅰ10和谐振腔镜Ⅱ11，所述He-Ne激光器1发射的激光依次穿过负透镜2的中心、正透镜3的中心，经反射镜Ⅰ4反射至反射镜Ⅱ5后，再反射至半透半反镜7，穿过半透半反镜7的光束入射至谐振腔镜Ⅰ10或谐振腔镜Ⅱ11，所述谐振腔镜Ⅰ10或谐振腔镜Ⅱ11将入射的光束反射至半透半反镜7，经半透半反镜7反射的光经反射镜Ⅲ6反射至CCD相机8，所述CCD相机8与电脑9电连接。
进一步的，所述He-Ne激光器1水平发射的激光与反射镜Ⅰ4的反射光相互垂直，且与反射镜Ⅱ5的反射光相互平行；所述谐振腔镜Ⅰ10或谐振腔镜Ⅱ11的反射光与半透半反镜7的反射光相互垂直，且与反射镜Ⅲ6的反射光相互平行。
进一步的，所述负透镜2和正透镜3共焦摆放，且正透镜3与负透镜2的焦距比大于5，此处He-Ne光扩束的主要目的是提升光束的稳定性，降低光束指向抖动。
进一步的，所述调试装置还包括小孔光阑Ⅰ12，所述小孔光阑Ⅰ12设置在正透镜3和反射镜Ⅰ4之间，起到限制光束的作用，所述小孔光阑Ⅰ12的通光孔位于激光光束的中心，所述小孔光阑Ⅰ12的通光孔孔径不大于2mm。
进一步的，所述调试装置还包括小孔光阑Ⅱ13，所述小孔光阑Ⅱ13位于反射镜Ⅱ5和半透半反镜7之间，所述小孔光阑Ⅱ13的通光孔位于激光光束的中心，所述小孔光阑Ⅱ13的通光孔孔径不大于2mm，小孔光阑Ⅱ13的作用是观察由待调谐振腔镜反射回来的He-Ne光，用来粗调谐振腔镜。
进一步的，所述调试装置还包括衰减片14，所述衰减片14位于反射镜Ⅲ6和CCD相机8之间，所述衰减片14的衰减比例应根据CCD相机强度不饱和为宜。
进一步的，所述谐振腔镜Ⅰ10和谐振腔镜Ⅱ11均为平面镜。
进一步的，所述反射镜Ⅰ4、反射镜Ⅱ5和反射镜Ⅲ6均为平面镜，且对632.8nm的光具有大于90％的反射率。
进一步的，所述CCD相机8的分辨率不低于2592×2048。
进一步的，所述半透半反镜7、第三反射镜Ⅲ7和CCD相机8之间的距离和不小于2米。
所述He-Ne激光器1发射的光为632.8nm可见光。
进一步的，所述半透半反镜7对632.8nm的光具有部分反射、部分透射的功能。
He-Ne激光器1发射的632.8nm可见光经由负透镜2和正透镜3组成的共焦扩束系统扩束后，通过小孔光阑Ⅰ12入射到反射镜Ⅰ4上，然后经反射镜Ⅱ5、小孔光阑Ⅱ13、半透反射镜7入射到待调试的谐振腔镜Ⅰ10或谐振腔镜Ⅱ11上，由谐振腔镜Ⅰ10或谐振腔镜Ⅱ11的反射光经半透半反镜7、反射镜Ⅲ6和衰减片14后，由CCD相机8接收，并通过电脑9显示，标定其光斑位置；然后采用相同的方式调整第二块谐振腔镜，使其反射光斑位置与第一块谐振腔镜的光斑位置重合即可。
具体实施方式二
一种利用具体实施方式一所述的调试装置的调试方法，包括以下步骤：
S1：调整负透镜2和正透镜3共焦摆放，使He-Ne激光器1发射的632.8nm激光依次穿过负透镜2和正透镜3的中心；
S2：调整小孔光阑Ⅰ12的位置，使其通光孔位于光束中心；
S3：调节反射镜Ⅰ4和反射镜Ⅱ5，并调节小孔光阑Ⅱ13的位置，使激光通过小孔光阑Ⅱ13并水平入射到谐振腔镜Ⅰ10上；
S4：调整谐振腔镜Ⅰ10，使入射并反射回的632.8nm激光照射到小孔光阑Ⅱ13上，并与其通光孔同心；
S5：调节半透半反镜7和反射镜Ⅲ6，使由谐振腔镜Ⅰ10反射的632.8nm光入射到CCD相机8的光敏面上，并尽量处于光敏面的中心；
S6：入射到CCD相机8的光斑由电脑9显示，在显示区标记光斑位置；
S7：放入谐振腔镜Ⅱ11，并将挡板15插入谐振腔镜Ⅰ10和谐振腔镜Ⅱ11之间，粗调谐振腔镜Ⅱ11，使入射并反射回的光能照射到小孔光阑Ⅱ13上，并与其通光孔同心；
S8：此时由谐振腔镜Ⅱ11反射的632.8nm光由半透半反镜7、反射镜Ⅲ6反射后入射到CCD相机8的光敏面上，并能在电脑9上观察到光斑；
S9：精调谐振腔镜Ⅱ11的偏转及俯仰角度，使其在电脑9上显示的光斑位置与S6步骤中标记的光斑位置重合；
S10：撤去挡板15，谐振腔镜Ⅰ10和谐振腔镜Ⅱ11调节完毕。
现有谐振腔调整技术通常是采用He-Ne光结合小孔光阑来实现，通过调整入射到谐振腔镜上的He-Ne光是否反射回小孔光阑的中心位置来判断腔镜是否调好。由于小孔光阑通常距离谐振腔镜较近，且反射光的位置依靠肉眼观察判断，因此谐振腔镜的调整精度很低，造成谐振腔存在较大的几何偏折损耗。本发明采用高分辨率CCD相机8来定位并重合两只谐振腔镜的He-Ne反射光位置，且谐振腔镜与CCD相机8之间的光路足够长，在观察成像光斑时也不过几个像素的误差，因此，相比传统的肉眼观察法，精度要提升了几个量级。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：包括He-Ne激光器(1)、负透镜(2)、正透镜(3)、反射镜Ⅰ(4)、反射镜Ⅱ(5)、反射镜Ⅲ(6)、半透半反镜(7)、CCD相机(8)、电脑(9)、谐振腔镜Ⅰ(10)和谐振腔镜Ⅱ(11)，所述He-Ne激光器(1)发射的激光依次穿过负透镜(2)的中心、正透镜(3)的中心，经反射镜Ⅰ(4)反射至反射镜Ⅱ(5)后，再反射至半透半反镜(7)，穿过半透半反镜(7)的光束入射至谐振腔镜Ⅰ(10)或谐振腔镜Ⅱ(11)，所述谐振腔镜Ⅰ(10)或谐振腔镜Ⅱ(11)将入射的光束反射至半透半反镜(7)，经半透半反镜(7)反射的光经反射镜Ⅲ(6)反射至CCD相机(8)，所述CCD相机与电脑(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述He-Ne激光器(1)水平发射的激光与反射镜Ⅰ(4)的反射光相互垂直，且与反射镜Ⅱ(5)的反射光相互平行；所述谐振腔镜Ⅰ(10)或谐振腔镜Ⅱ(11)的反射光与半透半反镜(7)的反射光相互垂直，且与反射镜Ⅲ(6)的反射光相互平行。
3.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述负透镜(2)和正透镜(3)共焦摆放，且正透镜(3)与负透镜(2)的焦距比大于5。
4.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述调试装置还包括小孔光阑Ⅰ(12)，所述小孔光阑Ⅰ(12)设置在正透镜(3)和反射镜Ⅰ(4)之间，所述小孔光阑Ⅰ(12)的通光孔位于激光光束的中心。
5.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述调试装置还包括小孔光阑Ⅱ(13)，所述小孔光阑Ⅱ(13)位于反射镜Ⅱ(5)和半透半反镜(7)之间，所述小孔光阑Ⅱ(13)的通光孔位于激光光束的中心。
6.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述调试装置还包括衰减片(14)，所述衰减片(14)位于反射镜Ⅲ(6)和CCD相机(8)之间。
7.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述谐振腔镜Ⅰ(10)和谐振腔镜Ⅱ(11)均为平面镜。
8.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述反射镜Ⅰ(4)、反射镜Ⅱ(5)和反射镜Ⅲ(6)均为平面镜。
9.根据权利要求1所述的一种激光器谐振腔镜的调试装置，其特征在于：所述半透半反镜(7)、反射镜Ⅲ(6)和CCD相机(8)之间的距离和不小于2米。
10.一种利用权利要求1-9任一权利要求所述的调试装置实现激光器谐振腔镜的调试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：调整负透镜(2)和正透镜(3)共焦摆放，使He-Ne激光器(1)发射的激光依次穿过负透镜(2)和正透镜(3)的中心；
S2：调整小孔光阑Ⅰ(12)的位置，使透过正透镜(3)的光束中心位于其通光孔Ⅰ中心；
S3：调节反射镜Ⅰ(4)和反射镜Ⅱ(5)，并调节小孔光阑Ⅱ(13)的位置，使反射镜Ⅱ(5)的反射光依次穿过小孔光阑Ⅱ(13)的通光孔Ⅱ中心和半透半反镜(7)并水平入射到谐振腔镜Ⅰ(10)上；
S4：调整谐振腔镜Ⅰ(10)，使入射并反射回的激光照射到小孔光阑Ⅱ(13)上，并与其通光孔Ⅱ同心；
S5：调节半透半反镜(7)和反射镜Ⅲ(6)，使由谐振腔镜Ⅰ(10)反射的光入射到CCD相机(8)的光敏面上；
S6：入射到CCD相机(8)的光斑由电脑(9)显示，在显示区标记光斑位置；
S7：放入谐振腔镜Ⅱ(11)，并将挡板(15)插入谐振腔镜Ⅰ(10)和谐振腔镜Ⅱ(11)之间，粗调谐振腔镜Ⅱ(11)，使入射并反射回的光能照射到小孔光阑Ⅱ(13)上，并与其通光孔Ⅱ同心；
S8：此时由谐振腔镜Ⅱ(11)反射的光由半透半反镜(7)、反射镜Ⅲ(6)反射后入射到CCD相机(8)的光敏面上，并能在电脑(9)上观察到光斑；
S9：精调谐振腔镜Ⅱ(11)的偏转及俯仰角度，使其在电脑(9)上显示的光斑位置与S6步骤中标记的光斑位置重合；
S10：撤去挡板(15)，谐振腔镜Ⅰ(10)和谐振腔镜Ⅱ(11)调节完毕。
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