[发明专利]并联式宏微驱动的高精度大口径光栅拼接装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度大口径光栅拼接装置，属于光学机械运动定位技术领域。

背景技术

随着科学技术的高速发展，衍射光栅逐渐获得越来越广泛的应用，对大面积高精度衍射光栅的需求也越来越多。目前，我国陆续开展了同步辐射光束线、激光核聚变、LAMOST天文望远镜及红外太阳塔光谱仪等一些大型科学工程项目，这些项目中都迫切需要研制高质量的大面积的衍射光栅。例如，在我国正开展的激光核聚变项目——“神光”系列工程项目中，利用啁啾脉冲放大技术(CPA)，使得获得更高能量、更高强度的超短脉冲成为可能。在CPA系统中，产生的超短激光脉冲的能量受限于压缩池中光栅的损伤阈值和口径。多层介质膜光栅具有较高的损伤阈值，但是很难实现大口径光栅的制造，因而能否获取大面积衍射光栅已经成为影响该项目成败的关键因素。

目前，直接制造大面积的衍射光栅存在以下问题：一、直接制造大面积的衍射光栅需要研制出高精度大行程的光栅刻划机，实现大面积光栅的制造。这需要投入大量的资金和人力，而且加工周期也很长，难度很大。二、衍射光栅需要在基体上镀膜，并刻划出特定方向的光栅条纹，大面积光栅的镀膜均匀性问题不容易保证。三、由于刻划光栅的总体长度增加，因此加工大面积光栅条纹对刀具的磨损也非常严重。尽管可以采用金刚石刀具进行光栅刻划，但其磨损问题仍然非常严重。另外，直接制造大面积衍射光栅需要光刻机的自动换刀系统具有很高的刀具重复定位精度。这些问题也成为制约大面积光栅制造的重要瓶颈问题。因此，目前直接制造大面积的衍射光栅在经济性、技术保障等方面都是很难实现的。

1990年，意大利学者Mazzacurati和Ruocco通过理论研究表明：通过拼接的方法获得大面积的光栅在理论上是可行的。日本的Hitachi公司于1997年用36块面积为150×150mm的衍射光栅拼接出面积为900×900mm的大光栅，并成功应用于天文仪器上。俄罗斯科学院列宁格勒核物理研究所的S.G.Turukhano等人于1995年利用带有压电微调机构的闭环控制干涉光学系统、精密水平移动滑台、标准参考光栅等设备拼接出光栅常数为1μm、长度(沿色散方向)为1150mm的大面积全息光栅。1995年美国理查德森光栅实验室(Richardson GratingLaboratory)为欧洲南方天文台(ESO)制作了一块840×214×125mm的拼接光栅，并用于其8米大型天文望远镜附属光谱仪上。1999年又为日本国家天文台制造了三块拼接光栅，用于其天文学方向的研究。利用多块小光栅进行拼接的方法已经成为获取大面积光栅的重要途径。

高精度大口径光栅拼接技术是涉及机械设计、精密定位、超精密加工、控制理论、计算机技术等多学科的复杂技术，是国防和民用领域中十分重要的关键技术。国外起步比国内早，并取得了一定的成果，如美国、日本、俄罗斯等国家在光栅拼接技术的研究上走到了世界的前列。但国外的光栅拼接技术在一定程度上对我国实施了技术封锁，这极大地限制了我国获取大面积高精度光栅的总体技术水平。因而，开发用于大口径高精度光栅拼接的装置具有重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决国内无高精度大口径光栅拼接装置的问题进而提供一种并联式宏微驱动的高精度大口径光栅拼接装置。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：本发明由动光栅部件、定光栅部件、五个直线驱动器、二维运动平台部件、基座组成；所述二维运动平台部件固定在基座上，所述动光栅部件的下端与二维运动平台部件的上端球铰接，所述定光栅部件固装在基座上，所述五个直线驱动器分别是第一X轴直线驱动器、第二X轴直线驱动器、第三X轴直线驱动器、第一Y轴直线驱动器、第二Y轴直线驱动器，所述第一X轴直线驱动器、第三X轴直线驱动器、第二X轴直线驱动器由上至下沿X轴方向依次设置在基座上，所述第一Y轴直线驱动器、第二Y轴直线驱动器由上至下沿Y轴方向依次设置在基座上，所述每个直线驱动器分别与基座和动光栅部件固接。

本发明的有益效果是：本发明具有结构紧凑、调整方便、操作灵活、拼接精度高等优点，可以实现最大面积(400×400mm)的动光栅与静光栅在空间五个自由度方向上的高精度拼接。

附图说明