專利名稱：用于激光同軸雙程放大系統(tǒng)中的光耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于激光同軸雙程放大系統(tǒng)中的光耦合器，主要應(yīng)用于激光同軸雙程放大器的光學(xué)系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
美國在畢莫納特(Beamlet)激光裝置上應(yīng)用的激光離軸雙程放大器，(參見在先技術(shù)[1]Performance of NIF prototype Beamlet.B.M.Van Wonterghemetel(LLNL)DE94018500)。激光離軸雙程放大器改變了傳統(tǒng)的激光單程放大器放大系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在相同的泵浦條件下，激光放大器的輸出能量提高近一倍。由于激光離軸雙程放大器主激光采用斜入射方式，因而激光的工作物質(zhì)和光學(xué)元件口徑要求比較大，導(dǎo)致激光器結(jié)構(gòu)龐大，造成激光工作物質(zhì)和光學(xué)元件的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的光耦合器主要包括中心位置上帶有中心軸線與鏡面法線成45°角的鏡孔的全反射鏡。主激光束 以垂直于鏡孔中心軸線，也就是與鏡面法線成45°角入射于全反射鏡上反射回去，激光束兩次經(jīng)過放大系統(tǒng)后 ，在同軸方向上再返回到全反射鏡的鏡孔內(nèi)，再經(jīng)過裝在鏡孔內(nèi)的空間濾波小孔濾波后，射出激光束G出。
本發(fā)明的光耦合器的具體結(jié)構(gòu)是包括底座15，在底座15上的一端固定有帶緊固彈簧13的彈簧銷14。在底座15上的另一端固定有第一步進(jìn)電機(jī)1，第一步進(jìn)電機(jī)1與固定在底座15上的軸承座16上的調(diào)節(jié)絲桿17相連接。調(diào)節(jié)絲桿17上配有螺母2，螺母2上固定有導(dǎo)軌座3，導(dǎo)軌座3的一端與緊固彈簧13相連。導(dǎo)軌座3上的兩端分別有第一支撐件4和第二支撐件11支撐著鏡座5，導(dǎo)軌座3上置有第二步進(jìn)電機(jī)12控制鏡座5Y方向上的調(diào)整。鏡座5上裝有全反射鏡7，全反射鏡7的兩端分別有第一壓片螺釘6和第二壓片螺釘9將其壓緊，鏡座5上還帶有微調(diào)螺母10；在全反射鏡7中心的位置上有中心軸線00′與全反射鏡7鏡面法線成45°角的鏡孔701，在導(dǎo)軌座3上有與鏡孔701同中心軸線00′的導(dǎo)軌座孔301、在底座15上有與鏡孔701與導(dǎo)軌座孔301同中心軸線00′的底座孔1501，在鏡孔701內(nèi)裝有空間濾波小孔8。如圖1所示。
所說的與鏡孔701同中心軸線00′的導(dǎo)軌座孔301的直徑Dd大于鏡孔701的直徑Dj，即Dd＞Dj。與鏡孔701與導(dǎo)軌座孔301同中心軸線00′的底座孔1501的直徑Dz大于導(dǎo)軌座孔301的直徑Dj，即Dz＞Dd＞Dj。
所說的裝在鏡孔701內(nèi)的空間濾波小孔8的孔徑根據(jù)需要取衍射極限的倍數(shù)。而且為了耐高溫，選取制作的材料為高熔點(diǎn)的質(zhì)密的金屬材料，如鉭、不銹鋼或銅鎢合金。
本發(fā)明的光耦合器的結(jié)構(gòu)如上所述的圖1所示，包括底座15，底座15上一端固定有彈簧銷14。在彈簧銷14上端相接緊固彈簧13。在底座15上固定有軸承座16，在軸承座16上裝有調(diào)節(jié)絲桿17。在調(diào)節(jié)絲桿17一端固定在第一步進(jìn)電機(jī)1上，在調(diào)節(jié)絲桿17上有螺母2，在螺母2上固定有導(dǎo)軌座3，導(dǎo)軌座3上還固定有第二步進(jìn)電機(jī)12，在導(dǎo)軌座3上方位置的兩端分別有第二支撐件11和第一支撐件4。在支撐件上支撐著鏡座5。在鏡座5下端帶有微調(diào)螺母10，在鏡座5上裝有全反射鏡7，在全反射鏡7中間位置上有鏡孔701，在鏡孔洞內(nèi)安裝了空間濾波小孔8。
本發(fā)明的光耦合器的全反射鏡7為45°全反射鏡，用作激光同軸雙程放大器的導(dǎo)入和導(dǎo)出耦合鏡。當(dāng)垂直于鏡孔701中心軸線，也就是與鏡面法線成45°角入射的激光束 注入到45°全反射鏡后，通過調(diào)節(jié)微調(diào)螺母2對45°全反射鏡俯仰方向(Z方向)的調(diào)節(jié)，仰俯方向調(diào)好后使微調(diào)螺母10鎖定，再分別用第一步進(jìn)電機(jī)1(X方向)和第二步進(jìn)電機(jī)12(Y方向)精調(diào)，讓主激光束 經(jīng)45°全反射鏡7后正向注入到激光主放大器中心位置上，主激光束 通過主放大器同軸雙程放大后，再返回到45°全反射鏡7鏡孔701的位置上 ，并讓激光束 穿過鏡孔701內(nèi)安裝的空間濾波小孔8，對激光束 進(jìn)行空間濾波，濾掉雜散光后，通過導(dǎo)軌座孔301和底座孔1501射出激光束G出。
本發(fā)明的光耦合器用于激光同軸雙程放大系統(tǒng)中。避免了激光離軸雙程放大器主激光斜入射帶來的對工作物質(zhì)和光學(xué)元件的口徑要求較大的問題。本發(fā)明的光耦合器讓主激光 正入射到主放大器上，經(jīng)過放大后的激光束 再返回到光耦合器的全反射鏡7中心位置上的鏡孔701內(nèi)，再經(jīng)過鏡孔701內(nèi)的空間濾波小孔8濾掉雜散光，所以本發(fā)明的光耦合器不僅能實(shí)現(xiàn)激光束的同軸雙程放大，還能起到空間濾波的作用，是一種激光同軸雙程放大系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵元件。


圖1為本發(fā)明的光耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的結(jié)構(gòu)。其中全反射鏡7為45°全反射鏡，材料為K9玻璃，尺寸長度140mm、寬度100mm、厚度10mm的方型板，方型板迎光面的光學(xué)加工精度＜15″，表面鍍1.053μ激光高反射膜，承受的激光功率＞2焦耳/cm2。主激光 與鏡面法線成45°角入射到45°全反射鏡，光束口徑為Φ80mm，經(jīng)同軸雙程放大器輸出的光束口徑約Φ200mm，通過空間濾波器輸入透鏡聚焦后，焦斑尺寸為Φ0.1mm時入射于本發(fā)明的光耦合鏡上，可聚焦功率高達(dá)1014W/cm2，為了防止空氣擊穿，本發(fā)明光耦合器是置于2×10-4Pa壓強(qiáng)下工作的。
光耦合器的底座、軸承座、鏡座用不銹鋼制造。壓片螺釘是銅材料。本發(fā)明的光耦合器是靠底座連接在使用系統(tǒng)中。其中鏡孔701的直徑Dj＝Φ9mm，導(dǎo)軌座孔301的直徑Dd＝Φ20mm，底座孔1501的直徑Dz＝Φ30mm。
光耦合器的第一步進(jìn)電機(jī)(X方向)和第二步進(jìn)電機(jī)(Y方向)的調(diào)節(jié)絲桿為Φ0.5mm，步進(jìn)電機(jī)推動絲桿每轉(zhuǎn)1.5°為1步，即調(diào)節(jié)絲桿走一圈為240步(360°)，控制精度為2μm。第一步進(jìn)電機(jī)平移45°全反射鏡1mm時，相對激光同軸雙程放大器系統(tǒng)約50m處，激光的角漂移量均＜20″。
空間濾波小孔8材料為銅鎢合金，孔徑為20倍的衍射極限值，即為Φ2.6mm。激光通過濾波小孔8的空間濾波后，激光的亮度提高近2倍，重要的是降低了激光放大過程中因非線性效應(yīng)產(chǎn)生的自聚焦對工作物質(zhì)和光學(xué)元件的破壞，通過激光大能量物理實(shí)驗(yàn)的證明，使用本發(fā)明的激光同軸雙程放大器輸出的光束質(zhì)量優(yōu)于5倍衍射極限。
權(quán)利要求
1.一種用于激光同軸雙程放大系統(tǒng)中的光耦合器。包括底座(15)、全反射鏡(7)、以及用以調(diào)整X、Y方向的第一步進(jìn)電機(jī)(1)和第二步進(jìn)電機(jī)(12)，其特征在于具體結(jié)構(gòu)是包括在底座(15)上一端固定有帶緊固彈簧(13)的彈簧銷(14)，在底座(15)上的另一端固定有第一步進(jìn)電機(jī)(1)，第一步進(jìn)電機(jī)(1)與固定在底座(15)上的軸承座(16)上的調(diào)節(jié)絲桿(17)相連接，調(diào)節(jié)絲桿(17)上配有螺母(2)，螺母(2)上固定有導(dǎo)軌座(3)，導(dǎo)軌座(3)的一端與緊固彈簧(13)相連，導(dǎo)軌座(3)上的兩端分別有第一支撐件(4)和第二支撐件(11)支撐著鏡座(5)，導(dǎo)軌座(3)上置有第二步進(jìn)電機(jī)(12)控制鏡座(5)Y方向上的調(diào)整，鏡座(5)上裝有全反射鏡(7)，全反射鏡(7)的兩端分別有第一壓片螺釘(6)和第二壓片螺釘(9)將其壓緊，鏡座(5)上帶有微調(diào)螺母(10)；在全反射鏡(7)中心的位置上有中心軸線(00′)與全反射鏡(7)鏡面法線成45°角的鏡孔(701)，在導(dǎo)軌座(3)上有與鏡孔(701)同中心軸線(00′)的導(dǎo)軌座孔(301)、在底座(15)上有與鏡孔(701)與導(dǎo)軌座孔(301)同中心軸線(00′)的底座孔(1501)，在鏡孔(701)內(nèi)裝有空間濾波小孔(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光同軸雙程放大系統(tǒng)中的光耦合器，其特征在于所說的與鏡孔(701)同中心軸線(00′)的導(dǎo)軌座孔(301)的直徑Dd大于鏡孔(701)的直徑Dj，與鏡孔(701)與導(dǎo)軌座孔(301)同中心軸線(00′)的底座孔(1501)的直徑Dz大于導(dǎo)軌座孔(301)的直徑Dj，即Dz＞Dd＞Dj。
全文摘要
一種用于激光同軸雙程放大系統(tǒng)中的光耦合器,主要包括中心位置上帶有中心軸線與鏡面法線成45°角的鏡孔的全反射鏡。同時導(dǎo)軌座和底座上也帶有與鏡孔同中心軸線的導(dǎo)軌座孔和底座孔。鏡孔內(nèi)裝有空間濾波小孔。主激光束以垂直于鏡孔中心軸線,也就是與鏡面法線成45°角入射于全反射鏡上反射回去,兩次經(jīng)過放大系統(tǒng)后,在同軸方向上再返回到全反射鏡的鏡孔內(nèi),經(jīng)過空間濾波小孔濾波后射出。使用本發(fā)明的光耦合器不僅能實(shí)現(xiàn)激光束的同軸雙程放大,而且還起空間濾波作用,是一種激光同軸雙程放大系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵性元件。
文檔編號G02B6/26GK1375715SQ0211114
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者張明科, 朱儉, 張臻, 范滇元, 林尊琪, 牟俊杰, 鄭玉霞 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所