一种激光器球面输出镜二维定位调节装置及方法

文献发布时间：2023-06-19 09:35:27

技术领域

本发明涉及固体激光器制造，特别是一种激光器球面输出镜二维定位调节装置及方法。

背景技术

传统固体激光器制造过程中，为提高光束质量，输出镜通常会选用球面镜，由于制造误差，球面镜实际光轴不在几何对称轴位置，若以几何对称轴来设计激光器，实际光轴与腔内光轴会出现二维偏差。另在实际装配过程中输出镜与反射镜容易出现不平行问题(二位角度偏差)。这两个问题使输出光质量大大降低。

发明内容

本发明的目是提供一种体积小、易操作的一种激光器球面输出镜二维定位调节装置及方法。

本发明的目的是这样实现的，一种激光器球面输出镜二维定位调节装置，其特征是：至少包括：腔体输出端底座、角度调节单元、水平调节单元和保护壳体单元，腔体输出端底座和保护壳体单元连接形成腔体结构，水平调节单元和角度调节单元固定在腔体内，其中水平调节单元固定在腔体输出端底座的第一凹腔内，角度调节单元固定在水平调节单元的第二凹腔内，角度调节单元包括固定的球面输出镜，球面输出镜的光轴与第一凹腔和第二凹腔的腔轴同轴。

所述的角度调节单元包括：球面输出镜、输出镜底座内环、输出镜底座、角度调节底座内环、角度调节底座；角度调节底座的底壳外体是球面体，球面体中心轴线是光学轴线，球面体与水平调节单元的球面腔体球面接触；通过转动角度调节底座，实现角度调节。

所述角度调节底座内腔整体为通孔结构，内腔包括两个台阶，直径小的台阶用于固定输出镜底座，直径大的台阶用于固定角度调节底座内环，通过角度调节底座内环限位固定输出镜底座，输出镜底座也包括两个台阶环，直径小的台阶环放置球面输出镜，直径大的台阶环放置输出镜底座内环，通过输出镜底座内环限位球面输出镜。

所述的球面体端部设有外部固定圈，外部固定圈有4个安装孔，用于与角度调节单元固定连接。

所述的输出镜底座包括二个台阶内环，两端开口，整体呈锥体，和底部开口相邻的台阶放球面输出镜，球面输出镜上端的台阶内环放置输出镜底座内环，输出镜底座内环和上端的台阶内环螺纹固定。

所述的水平调节单元包括：水平调节座和水平调节螺钉，所述的水平调节座外壳体为正方型，内腔为球面体，球面体和角度调节底座的球体外壳面直径相配合，使角度调节底座的球体外壳面在水平调节座内腔球面体内能自动定位转动。

所述的水平调节座外壳体为正方型四角分别有一个调节螺纹孔，水平调节座内腔球面体正面上、下、左、右各有一个安装螺纹孔，通过水平调节螺钉将角度调节底座和水平调节底座连接，也就是将角度调节单元和水平调节单元连接；水平调节螺钉包括长螺纹杆和半球螺纹杆帽，半球螺纹杆帽端部有一字或十字调节槽。

所述的腔体输出端底座外形总体为长方形带四方槽结构，长方形左上角和右上角为45度斜边，四方槽底部开圆口，四方槽外形总体为长方形，中间圆孔四角分别有一个水平的长槽，四方槽边沿上边沿、左右边沿各有2个固定孔。

所述的保护壳体单元包括：防尘壳、防尘壳内环、防尘镜；防尘壳上有六个安装固定孔，六个安装固定孔与腔体输出端底座的上边沿、左右边沿固定孔相对应，防尘壳与上述的腔体输出端底座通过六个固定孔固定连接，防尘壳包括三个台阶，三个台阶为同心圆腔结构，直径最小的台阶底板开孔，直径最小的台阶固定防尘镜，中间台阶圆腔为内螺纹，通过内螺纹与防尘壳内环连接，通过防尘壳内环固定限位防尘镜；防尘镜直径大于底板开孔，与底板开孔同圆心。

一种激光器球面输出镜二维定位调节方法，其方法步骤是：

1)获取各部分基础金属材料；

2)同输出镜几何对称轴加工输出镜底座，外壁为锥面，口大底小；

3)同轴加工输出镜底座的内环，使输出镜底座的内环外径与输出镜底座内径一致，在输出镜直径方向开槽；槽宽大于1mm；

4)同轴加工角度调节底座的三个台阶内环，使其内部与输出镜底座外部锥度相同，与水平调节座通过球面接触配合，其外径小于水平调节块内径；

5)同轴加工角度调节底座的内环，使角度调节底座的内环外径与角度调节底座内径一致，放入后内环一面与输出镜底座紧合，一面与角度调节底座口齐平；

6)同轴加工水平调节块，使水平调节块外径小于腔体输出端底座内径；

7)加工水平调节螺钉；

8)按壳体要求加工腔体输出端底座外径，水平调节块放入其中，使上述几何对称轴线与腔内轴线一致；

9)同轴加工防尘壳，使其外径与腔体输出端底座外径一致；

10)同轴加工防尘壳内环，使其可正好放入防尘壳以限位防尘镜；

11)加工内或外螺纹及螺孔；

12)依次将除防尘壳内环和防尘壳外各部分装配至腔体输出端底座；

13)使用调节；

14)将防尘壳内环和防尘壳装上。

本发明的优点是：现有固体激光器输出镜多为固定式，其位置在激光器壳体制作完成后不可变，无法通过调节减少壳体制作、输出镜制作和装配过程中带来的偏差。本发明采用分维分步的方式进行调节，操作性强，能够很好的解决球面输出镜实际光轴的二维空间和二维角度偏差问题，大幅度降低激光器制造过程中偏差问题对高光束质量的影响。整体结构小，有利在不影响光束质量的条件下减小激光器的体积。

附图说明：

图1A是本发明实施例外半部示意图(侧视)；

图1B是本发明实施例内半部示意图(侧视)；

图2A是输出镜底座内环主视图；

图2B是输出镜底座内环俯视图；

图3A是输出镜底座主视图；

图3B是输出镜底座俯视图；

图4A是角度调节底座内环主视图；

图4B是角度调节底座内环俯视图；

图5A是角度调节底座主视图；

图5B是角度调节底座俯视图；

图6A是水平调节块主视图；

图6B是水平调节块侧视图；

图7A是腔体输出端底座主视图；

图7B是腔体输出端底座侧视图；

图8A是防尘壳主视图；

图8B是防尘壳侧视图；

图9A是防尘壳内环主视图；

图9B是防尘壳内环俯视图；

图10A是水平调节螺钉主视图；

图10B是水平调节螺钉俯视图；

图11A是球面输出镜主视图；

图11B是球面输出镜侧视图；

图12是调节输出镜二维空间位置时，光轴位置变化示意图；

图13是输出镜二维空间位置另一维调节示意图；

图14是输出镜二维空间位置其中一维调节示意图；

图15是输出镜二维角度调节示意图。

图中，1、球面输出镜；2、输出镜底座内环；3、输出镜底座；4、角度调节底座内环；5、角度调节底座；6、水平调节块；7、腔体输出端底座；8、防尘壳；9、防尘壳内环；10、防尘镜；11、水平调节螺钉；12、理想光轴位置；13、实际光轴位置；14、调节过程位置。

具体实施实例：

如图1A和图1B所示，一种激光器球面输出镜二维定位调节装置，其特征是：至少包括：腔体输出端底座7、角度调节单元、水平调节单元和保护壳体单元，腔体输出端底座7和保护壳体单元连接形成腔体结构，水平调节单元和角度调节单元固定在腔体内，其中水平调节单元固定在腔体输出端底座7的第一凹腔内，角度调节单元固定在水平调节单元的第二凹腔内，角度调节单元包括固定的球面输出镜，球面输出镜的光轴与第一凹腔和第二凹腔的腔轴同轴。

如图1B所示，角度调节单元包括：球面输出镜1、输出镜底座内环2、输出镜底座3、角度调节底座内环4、角度调节底座5；所述的角度调节底座5如图5A和图5B所示，图5A是角度调节底座5的主视图，图5B是角度调节底座5的侧面剖视图，角度调节底座5的底壳外体是球面体，球面体中心轴线是光学轴线，球面体与水平调节单元的球面腔体球面接触；通过转动角度调节底座5，实现角度调节。

角度调节底座5内腔整体为通孔结构，内腔包括两个台阶，直径小的台阶用于固定输出镜底座3，直径大的台阶用于固角度调节底座内环4，通过角度调节底座内环4限位固定输出镜底座3，固定输出镜底座3也包括两个台阶环，直径小的台阶环放置球面输出镜1，大的台阶环放置输出镜底座内环2，通过输出镜底座内环2限位球面输出镜1。

所述的球面体端部设有外部固定圈，外部固定圈有4个安装孔，用于与角度调节单元固定连接。

所述的球面输出镜1如图11A和图11B所示，球面输出镜1是平凹稻透镜，而在光学加工中，精度加工达不到理想的参数，其光轴会有偏差，如图11B所示，理想光轴位置12和实际光轴位置13不重合，通过调节角度调节底座5使理想光轴位置12在系统的光轴线上。

输出镜底座内环2和角度调节底座内环4如图2A、图2B、图4A、图4B所示，图2A是输出镜底座内环主视图；图2B是输出镜底座内环俯视图；图4A是角度调节底座内环主视图，图4B是角度调节底座内环俯视图。

如图11A、图11B和图12所示，所述的球面输出镜1如图11A和图11B所示，球面输出镜1是平凹稻透镜，而在光学加工中，精度加工达不到理想的参数，其光轴会有偏差，如图11B所示，理想光轴位置12和实际光轴位置13不重合，通过调节角度调节底座5使理想光轴位置12在系统的光轴线上。通过旋转输出镜底座3实现球面输出镜1二维空间调节过程位置14其中一维的调节到实际光轴位置。

如图3A、图3B所示，输出镜底座3包括二个台阶内环，两端开口，整体呈锥体，和底部开口相邻的台阶放球面输出镜1，球面输出镜1上端的台阶内环放置输出镜底座内环2，输出镜底座内环2和上端的台阶内环螺纹固定。

如图6A、图6B、图11A、图11B所示，所述的水平调节单元包括：水平调节座6和水平调节螺钉11，所述的水平调节座6外壳体为正方型，内腔为球面体，球面体和角度调节底座5的球体外壳面直径相配合，使角度调节底座5的球体外壳面在水平调节座6内腔球面体内能自动定位转动。

所述的水平调节座6外壳体为正方型四角分别有一个调节螺纹孔，水平调节座6内腔球面体正面上、下、左、右各有一个安装螺纹孔，通过水平调节螺钉11将角度调节底座5和水平调节底座6连接，也就是将角度调节单元和水平调节单元连接。

如图10A和图11B所示，水平调节螺钉11包括长螺纹杆和半球螺纹杆帽，半球螺纹杆帽端部有一字或十字调节槽。

如图7A和图7B所示，所述的腔体输出端底座7外形总体为长方形带四方槽结构，长方形左上角和右上角为45度斜边，四方槽底部开圆口，四方槽外形总体为长方形，中间圆孔四角分别有一个水平的长槽，四方槽边沿上边沿、左右边沿各有2个固定孔。

所述的保护壳体单元如图8A、图8B、图9A、图9B所示，包括：防尘壳8、防尘壳内环9、防尘镜10；防尘壳8上有六个安装固定孔，六个安装固定孔与腔体输出端底座7的上边沿、左右边沿固定孔相对应，防尘壳8与上述的腔体输出端底座7通过六个固定孔固定连接，防尘壳8包括三个台阶，三个台阶为同心圆腔结构，直径最小的台阶底板开孔，直径最小的台阶固定防尘镜10，中间台阶圆腔为内螺纹，通过内螺纹与防尘壳内环9连接(见图9A、图9B)，通过防尘壳内环9固定限位防尘镜10。防尘镜10直径大于底板开孔，与底板开孔同圆心。