[发明专利]用于精密调整光学元件的位置的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控地调整光学元件的位置的定位机构。本发明尤其用于调整在双晶体普克耳斯盒中晶体的位置。

背景技术

设计用于开关、调制和放大激光束的光学系统通常使用电光材料。在激光或其它光学系统中，电光材料通常被配置成基于普克耳斯电光效应的普克耳斯盒，其中在施加的电场下，寻常光线和非常光线的折射率都变化。普克耳斯效应发生在没有中心对称的材料中，如磷酸钛氧铷(RTP)、砷酸钛氧铷(RTA)、磷酸钛氧钾(KTP)、铌酸锂(LN)、钽酸锂(LT)和其它材料。

普克耳斯盒用于许多科学和技术的应用中。结合有偏光器的普克耳斯盒用于许多应用中并且尤其用于控制光开关和/或光调制。在这些应用中，电光晶体的偏振方向根据施加到普克耳斯盒上的电场的改变而改变，从而穿过偏光器的光量改变而产生光闸/调制器。通过向电光材料施加或去除外部电场，可以在0°旋光度和90°旋光度之间转换，该光闸能够以几纳秒的速率很快地“开”和“关”光。同样的方法通过在0°和90°之间的偏振旋转用于光束调制，这样通过偏光器观察的光束显示出振幅调制的信号。

在其它应用中普克耳斯盒用于激光放大，在再生式放大器腔中的激光介质被充能以便在介质中生成过量的受激原子。然后普克耳斯盒通过防止振荡光从该腔出来而用于增益介质的放大。当该普克耳斯盒切换时，腔内的光能够从该腔发射出来并且通过该方法产生快速高能脉冲。这种结构可用于许多应用，如Q开关，啁啾脉冲放大和腔倒空。另外，普克耳斯盒可用于量子密钥分配以及电光探针中。

不带有任何附加的热稳定装置的热补偿普克耳斯盒基于使用两个相同的晶体。已知非线性光学材料的电光性能是依赖温度的，并且为了获得普克耳斯盒的稳定且可靠的操作，使用的非线性材料的温度必须稳定。使用两个晶体使得在没有任何热稳定单元的情况下普克耳斯盒的性能稳定。光传播沿着X轴或Y轴(取决于晶体切割平面)，两者都表现出双折射。两个晶体串联地定位，以这种方式使得第二晶体(或者第一晶体)相对于第一晶体(或者第二晶体)90°定向。在这种布置中，由温度引起的第一晶体双折射的任何变化由另一晶体抵消或补偿，保持整个普克耳斯盒不受温度影响。为了达到完美的匹配，两个晶体应该有相同的尺寸。另外，两个晶体的材料性能应当相似，以便获得普克耳斯盒的高对比率。而且，需要晶体性能之间的匹配以及机械装配，以便提供在从-60℃至+120℃的宽温度范围内普克耳斯盒的稳定且可靠的操作。两个晶体安装在相同的导电基上，并且上电极也以引线的方式连接在一起，所以两个晶体始终具有相同的电压。通常，两个晶体以在它们之间获得最好匹配并且达到最高的对比率的方式胶合到支撑物。一旦晶体安装上，在客户终端系统操作期间就没有任何可能性进行可能需要的进一步优化。

基于热补偿设计的普克耳斯盒用于许多应用中，其中脉冲从皮可秒到毫秒级变化。观察到的是，在使用飞秒级脉冲的普克耳斯盒的操作期间，观察到邻近主脉冲的相同飞秒级持续的边带脉冲。通常，对于较长脉冲，这些飞秒边带脉冲可能不会被观察到的，并且由此它对于主脉冲的影响可以忽略，然而对于飞秒主脉冲，边带脉冲降低了主脉冲的强度。观察到的是，在两个晶体之间的偏角的微小变化(也就是稍微高于或低于90°)可以降低或者甚至消除边带脉冲。两个晶体通过胶合安装的常规通用技术不能提供对于飞秒级脉冲所需的优化，而需要更精确地调整。

美国专利公布NO.2007/0236771公开了一种使用双晶体普克耳斯盒用于激光放大的方法和系统。在这个系统中，普克耳斯盒被构造成能够调整一个晶体相对另一晶体的转动定向。调整普克耳斯盒中的一个或两个晶体的转动定向以便控制激光脉冲中的边带。

发明内容

在本领域中需要促进光学元件相对于穿过光学系统的光传播的光学轴线的定向，尤其是但不限于调整在一个常规的腔内的晶体元件的定向。

本发明提供一种用于精密调整在系统中光学元件的转动定向的新颖的方法和系统。该技术可用于精密调整在普克耳斯盒中一个晶体相对于其它晶体以及相对于光传播轴线的定向。

根据本发明的一个宽的方面，提供一种光学装置，该光学装置包括：腔，该腔限定光传播的腔轴线；至少两个光学元件，所述至少两个光学元件分别具有它们的光学轴线，并且所述至少两个光学元件沿所述腔轴线对齐，使得所述光学元件的所述光学轴线与所述腔轴线重合；以及定位单元，该定位单元与所述光学元件中的至少一个光学元件相关联，并且所述定位单元被配置成且可操作用于提供所述至少一个光学元件绕所述腔轴线的可控的轴向转动，因此能够可控地调整所述至少一个光学元件相对于至少一个其它所述光学元件的位置，同时保持所述光学元件相对于所述腔轴线的对齐位置。