[发明专利]用于光学元件的支撑机构和用于调节光学元件的方法

说明书

本发明涉及用于相对于光束路径的光轴精确地调节光学元件的位置和取向的方法和支撑机构，尤其是在激光装置中使用。

此类支撑机构被用于将光学元件联接到机械总成上。例如透镜以及所有类型的光学元件(例如激光装置的反射镜)都需要这种支撑机构。在很多包含光学系统的应用中，单个光学元件(比如，透镜、反射镜或棱镜)的调节必须非常精确。特别是，如果涉及到干涉量度法，精度必须精确到波长的若干分之一。这种支架的普遍问题是会损坏安装起来的光学系统的旋转对称。

在现有技术的各种实施方式中早就已知超短脉冲激光系统，即能够产生或放大具有在飞秒或皮秒范围内的一个特征脉冲持续时间的激光脉冲的激光装置，飞秒和皮秒激光器被越来越多的用于各种类型的应用中。例如，在欧洲专利申请EP 2284965中公开了这种激光装置。这类激光系统使用空腔谐振器或激光谐振器，所述谐振器具有用来定义光束路径的两个反射镜元件并具有激光介质。在这里，模式耦合飞秒和皮秒激光器通常使用所谓的扩展空腔，该空腔具有多重反射镜元件以引导光束，折叠光路从而确保设计的期望紧凑性。特别是当脉冲重复频率是位于兆赫范围时，例如在典型脉冲重复频率在1到120MHz范围的情况下，这样的设计是有重大关系的。为了维持可行的紧凑性，这样的重复频率需要使用这样的扩展腔，其具有两个或两个以上具有曲率或可设计成平面的偏转镜或折叠反射镜。

这类激光装置的典型谐振器在一些元件的情况下具有50μrad的灵敏度，即在一个元件由于该角度而倾斜偏离最佳状态的情况(非想要的)下，性能显著的损失了几个百分比的结果。

因此，需要一种支撑机构和一种方法，用来高度精确和可靠地布置光学元件的位置和取向。

各种不同类型的用于光学元件的支撑机构是现有技术已知的，并且公开在例如文献US 6,016,230、DE 3 531 640或DE 10 2008 039 788中。

DE 103 03 549 B3公开了一种光学装置，其具有管状的支撑机构，用来保持光学元件。所公开的光学装置包括控制装置，用来控制支撑机构的变形单元，例如压电陶瓷模块或形状记忆合金。借助变形单元，支撑机构的变形可以被主动控制，使得支撑机构可以通过被夹紧而保持光学元件，或者释放光学元件。然而不利的是这种设置的工程工作量是相当大的。

在一些已知的系统中，键合的(即其外套相对于光轴倾斜的)光学元件通过在底座中旋转来进行调节。为了在调节后固定光学元件的调节过的取向，光学元件通过弹簧力或限定的动量被压向抵接件。这种方案有三个主要缺点。首先，这种机构的抗冲击能力很低，所以冲击或震动会轻易地使调整丧失。其次，光学元件的调整也会因为压力而丧失。第三，在调整过程中，很难接近光学元件。

因此，本发明的目的是提供一种改进的支撑机构和方法，用于相对于光束路径的光轴精确地调节光学元件的位置和取向，并且固定调节后的位置和取向。

本发明的一个特别目的在于提供这样一种支撑机构，其为调节过程提供很好的可接近性，尤其是允许机动调节光学元件的位置和取向。

另一个目的是提供这样一种低构造成本和材料成本的支撑机构，尤其是包括少量部件。

还有一个目的是提供这样一种支撑机构，其具有提高的稳健性和稳定性，从而提供稳定的、抗冲击的光学元件的位置和取向的调整。

另一个目的是提供这样一种支撑机构，即使经过了相对较长的时间，其仍具有稳健性和稳定性提高的性能参数。

本发明的另一个目的是提供这样一种支撑机构，其相对于现有技术来说减少了工程工作量和材料成本，尤其是其中对调节光学元件的位置和取向来说，不需要通过控制装置进行主动控制。

这些目的中的至少一个根据第一方面的支撑机构、根据第九方面中的用于光学元件的定位和取向的方法和/或本发明的其它方面得以实现。

根据本发明，具有圆形截面的光学元件被夹头保持在安装框架的空心圆柱形的开口中。该光学元件尤其是或者包括用于激光装置和激光应用中的光学透镜、反射镜或棱镜。通过旋转空心圆柱形开口中的夹头来调整光学元件的倾斜取向。夹头内的光学元件随着夹头做旋转运动。夹头的内轮廓相对于其外轮廓倾斜，以便通过转动空心圆柱形开口中的夹头来调节光学元件的角度。通过利用加紧螺母来使夹头加紧，从而实施光学元件在夹头中的位置的调整。这些特征使得激光系统允许调整设置。