[发明专利]一种用于自由电子激光器的可切换反射镜的光学谐振腔

说明书

本发明公开了一种用于自由电子激光器的可切换反射镜的光学谐振腔，包括大理石底座、真空腔体、多个反射镜及镜托、镜台卡槽、六维精密调整平台、反射镜的镜库及其运动机构、抓镜机械手及其运动机构；真空腔体连接所述大理石底座并置于其上，多个反射镜及镜托、镜库、抓镜机械手、六维精密调整平台均处于所述真空腔体内，六维精密调整平台竖直放置并与所述真空腔体的底板连接。可实现多个反射镜在线快速切换，且每个反射镜切换到工作位置后均可实现五维独立精密调节。由于单个反射镜的曲率、耦合输出孔大小均已固定，仅能覆盖较小范围的振荡器自由电子激光输出。可应用于红外、太赫兹科学技术领域、如太赫兹成像、能源化学研究等。

技术领域

本发明涉及一种自由电子激光技术、高真空技术及精密机械技术，尤其涉及一种用于自由电子激光器的可切换反射镜的光学谐振腔。

背景技术

自由电子激光这一新型光源自上世纪70年代诞生以来，以其波长连续可调、时间结构优异、光束品质好等突出优点受到科学界的广泛关注。尤其近十几年来，随着电子加速器及其他相关技术的飞速发展，自由电子激光也获得了快速发展，在生命科学、材料科学、能源科学以及信息科学等许多重要领域的研究中发挥着越来越重要的作用。通过采用不同的工作模式，自由电子激光可以覆盖自太赫兹至硬X射线的频谱范围。

振荡器型自由电子激光主要用于产生太赫兹和红外波段的激光，当前国际上运行的红外波段自由电子激光装置绝大部分也都采用振荡器模式。其辐射产生于电子束经过短波荡器时的自发辐射，通过利用光学谐振腔使光场在其内多次反射，并不断与后续电子束产生的光场重叠、累积放大直至饱和，具有辐射纵向完全相干、平均亮度很高等突出优点。

光学谐振腔是振荡器型自由电子激光的核心部件，直接影响自由电子激光的起振、放大、耦合输出以及出光品质。原理上，如图1所示，光学谐振腔主要由高真空内两块相互对心的高反射率聚焦反射镜构成。由该两块反射镜确定的中心轴线须与电子束运动轨迹及波荡器的磁场中心重合。因此，整个光学谐振腔须有高稳定性机械结构，且反射镜必须可以进行多维高精度调整。此外，由于单套反射镜的曲率、耦合孔大小固定，仅能在较窄波长范围内实现自由电子激光优化输出。因此，为实现大范围波长调谐，必须要切换不同参数的反射镜。

目前，国内外的振荡器型自由电子激光装置中，有一部分的光学谐振腔具有反射镜切换能力。主要有两种，第一种，关闭自由电子激光装置后，进入辐射现场手动更换，如法国CLIO装置，此种类型切换反射镜通常耗时较长，最短也要数个小时；第二种，将多块反射镜固定在一个刚性结构上，有多块反射镜竖直排列(竖直切换，如德国FHL装置)，有多块反射镜中心位于同一圆上排列(旋转切换，如荷兰FELIX装置)等，此种切换方式主要有两大缺点，一是整个固定反射镜的机构较重，不利于精密调节，二是多个反射镜之间的调节有耦合，且每个反射镜的各维调节之间也有耦合，无法实现各维独立调节，不利于寻找反射镜最优工作状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于自由电子激光器的可切换反射镜的光学谐振腔。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的用于自由电子激光器的可切换反射镜的光学谐振腔，包括大理石底座、真空腔体、多个反射镜及镜托、镜台卡槽、六维精密调整平台、反射镜的镜库及其运动机构、抓镜机械手及其运动机构；

每个所述反射镜均固定在镜托上，所述真空腔体连接所述大理石底座并置于其上，多个反射镜及镜托、镜库、抓镜机械手、六维精密调整平台均处于所述真空腔体内，所述六维精密调整平台竖直放置并与所述真空腔体的底板连接，所述镜台卡槽与所述六维精密调整平台连接并置于其上，工作的反射镜放置于镜台卡槽之内，二者相互契合，所述镜库与所述真空腔体连接并位于所述镜台卡槽上方，空闲的反射镜及镜托均放置在所述镜库的卡位内，所述镜库的运动机构与所述真空腔体及镜库连接并处于所述真空腔体外，所述抓镜机械手的运动机构与所述真空腔体连接并处于真空腔体外。