[发明专利]整体式光学安装元件

说明书

一种整体式光学安装架，具有可容纳光学元件的孔，所述孔包括：位于所述孔内圆周上第一位置处的第一脊；位于所述孔内圆周上第二位置处的第二脊；以及挠曲件，该挠曲件沿着孔的内圆周延伸到超过螺纹孔的点，所述螺纹孔从孔的外圆周穿到孔的内圆周；其中，通过转动螺纹孔中的螺钉来致动挠曲件，从而通过螺钉的尖端来调节推压挠曲件上的点的力。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2015年5月29日提交的申请号为62/168,207的美国临时申请的权益，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及光学安装架，具体地，本发明涉及构造成可以提供改进的光束指向稳定性和波前畸变性能的整体式光学安装元件。

背景技术

如图1所示，典型的光学夹具使用软尼龙顶端固定螺钉10将光学器件推抵两个相对的接触线20。尼龙顶端固定螺钉容易在螺纹间隙内移动，尼龙头会变柔软并随时间变形，这两个因素都会影响光学安装架的稳定性。固定螺钉的移动和变形会导致光学元件移动，从而损害光学元件的长期稳定性。

尼龙顶端固定螺钉还具有低摩擦系数，从而允许光学元件在温度循环中发生不希望的移动。其低屈服点允许尼龙顶端在通常用于保持光学元件的作用力下发生冷流。这些因素导致对光学元件以某作用力进行夹持，该作用力对于很多光学元件的保持作用来说是不足的。

另外，接触光学元件边缘的尼龙顶端通常质量差，而尼龙顶端接触表面每一部分都不同。在压配合到支撑其的固定螺钉体中之后，尼龙顶端的机械公差很难控制。尼龙顶端固定螺钉的质量变化，对于夹持光学元件的力，以及固定尼龙顶端与光学元件之间的接触区域来说，都增加了不可预测性。这种多变性使得建立预定扭矩值变得很难，而该预定扭矩值将会实现可重复的光学表面平度和保持力。

在固定光学元件时，会出现许多问题，例如可能出现以下三个问题；第一，光学平度可能受到影响，第二，会使振动力的敏感度变差，并且/或光学元件中会有双折射传入。并且在极端条件下，光学元件可能会被破坏。利用本发明，可以精确地控制对光学元件的保持力，从而即使出现大的温度偏差，也能为光学元件保持力和光学元件的变形提供清晰的平衡。

这些问题已经通过THORLAB SPOLARIS公司的Polaris-Kl型反射镜安装架得到了解决，如图2所示。该安装架使用扁簧30在光学元件与固定螺钉之间提供金属支撑。但是，这种设计有一些性能限制。

首先，使用两个固定螺钉和环氧树脂将扁簧固定就位，从而形成由不同材料构成的部件堆叠，这样一来，当暴露于极端温度变化时就可能导致移动。

其次，当有过大的固定螺钉扭矩施加到锁紧固定螺钉上时，扁簧容易形成凹坑；该凹坑将与光学器件形成单个接触点，该接触点会导致光学器件中出现高应力，而且这可能会损害光学器件的性能。

尽管POLARIS-Kl设计改进了其夹持光学元件的安全性，但是该单个接触点在光学元件的边缘上还是会产生单个高应力点。该应力导致在POLARIS-Kl内所夹持的光学器件的表面发生表面变形。即使扁簧提供了更高的光学元件推力(当将光学元件固定就位时，需要该推力来强制移除光学元件)，从图3中的光学畸变图可以看出，因为其不能像尼龙顶端固定螺钉那样屈服，所以只能轻轻地拧紧扁簧以防止光学畸变过大。该图示出了安装在由Thorlabs Inc.提供的POLARIS-Kl反射镜安装架中的6mm厚反射镜的光学畸变或平度的变化。对于6mm厚UVFS激光发射镜，推荐扭矩为6-10英寸盎司，因为这会使光学元件表面畸变低于0.1波。