[实用新型]一种外光路补偿调节装置及由其构成的激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，设计开发一种基于高功率射频板条CO₂激光器的转折镜调节整形光路偏移的补偿系统，对射频板条CO₂激光器腔镜热畸变导致的整形系统光路偏移进行补偿。

背景技术

高功率板条CO₂激光器光束质量高，结构非常紧凑小巧，不需要气体热交换器，光学损耗低，热稳定性非常高，气体消耗低，没有气体流动，谐振腔光学器件不会污染，光束质量品质因数M²可达1.2，代表了目前CO₂激光器的发展方向。激光器采用非稳-波导混合腔的设计结构，该谐振腔由输出镜、反射镜以及放电平板波导构成。激光器近场输出光斑在平行于电极平面的方向近似为粗细不均的直线；在远场，光束在垂直于电极平面的方向发散很大，需要进行外光路光束整形才能实现工业应用。

高功率射频板条CO₂激光器的腔镜热畸变会导致光束在光束整形系统中不稳定。初始输出光束的旁瓣不能被光束整形系统中空间滤波器有效的消除，射频板条CO₂激光器整形后的输出光束出现旁瓣，输出功率稳定性受到影响。同时光斑形状也不再为理想的近圆形基模高斯分布，光束质量没有提高。输出功率的不稳定与光束质量得不到提高严重影响了激光加工的质量。此外，空间滤波器的横向失调同样意味着输出功率的损耗的增加，如果空间滤波器横向失调严重，将会使得中心主峰的能量也被消除。由于其是高斯分布，失调位移越大，损耗的功率将急剧增加。

现有的调节腔镜法针对光路失调，在腔镜的背面放置电热丝加热，其形变方向与腔镜反射面的形变方向相同，牵引腔镜背面做出相同形变，达到补偿调节的目的。这种补偿调节方法的缺点：其一：加热的反应时间较长，实时调节的优势不明显；其二：加热控制难度较大，会影响补偿调节的效果。现有的空间滤波器法，通过调节空间滤波器位置，匹配光束聚焦线和空间滤波器狭缝。该方法实时性较强，但是调节精度不高，要想获得高精度调节需使用重新设计选择新的微位移定位器、重新设计调节系统。此外，该方法没有对偏移的光轴进行任何修正，仅通过调节空间滤波器光阑位置来适应光路的失调，其光束指向性将变差，实用性不强。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于转折镜调节的外光路补偿调节装置，其目的在于将偏移的光束调至标准位置，使激光器输出模式和功率达到与光路偏移前的水平，由此解决高功率射频板条CO₂激光器的腔镜热畸变导致光束在光束整形系统中不稳定的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于转折镜调节的外光路补偿调节装置。通过微位移驱动器实现转折镜绕可转动基座的中心轴线的旋转调节。转折镜旋转时将改变光束在聚焦球面镜上的投射位置，经聚焦球面镜反射后光束会聚焦线的位置将发生改变。当光束会聚焦线重新回归滤波器光阑位置时，激光器输出的激光功率达到最大值，同时光斑中由于光路偏移造成的旁瓣也被空间滤波器过滤掉。实现激光器输出模式和功率达到与光路偏移前的水平的目的。

本实用新型的技术方案为：

一种外光路补偿调节装置，其包括转折镜、微位移驱动器和可转动基座，其特征在于：

所述转折镜呈直角三棱柱形，通过自身的一个底面固定在所述可转动基座上，三棱柱形的斜面是反射面，用于将垂直于固定底面的入射激光方向，转向90度，改为平行于固定底面方向；通过所述可转动基座的转动，可调节所述转折镜的偏转角度；

所述微位移驱动器是压电陶瓷型，其一端固定，另一端由第一连杆通过连杆圆轴和第二连杆活动连接；第二连杆的另一端连接到转折镜的另一个底面，第二连杆中部通过固定圆轴旋转固定；第一连杆的水平移动能带动第二连杆相对于固定圆轴的转动；通过改变外加在微位移驱动器上电压的大小，改变第一连杆的水平位移量，带动第二连杆两端绕圆轴转动，从而带动其另一端固定连接的转折镜转动。

进一步的，所述的外光路补偿调节装置中，所述可转动基座包括金属块、弹簧组、内凹圆形底座和与之相匹配的外凸圆形柄，金属块用于固定所述转折镜，外凸圆形柄一端与金属块固定连接，另一端开有一圆通孔，通过底座圆轴，使外凸圆面与内凹圆形底座的内凹圆面转动相切配合，外凸圆形柄能以底座圆轴为轴心相对于内凹圆形底座转动。

进一步的，所述的外光路补偿调节装置中，所述的弹簧组由三根结构尺寸和力学参数相同、呈直角三角形布放的弹簧组成。