專利名稱：用于高功率激光二軸空間濾波器的熱補償裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種光學器件中的熱補償裝置，特別是一種高功率激光二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置。
背景技術(shù)：
目前，高功率激光器中采用體積布喇格光柵組成衍射型濾波器件。但現(xiàn)有光柵濾波器件均存在熱穩(wěn)定性差的缺陷，其主要原因是由于體積布喇格光柵的形體較大，光柵的柵紋是三維結(jié)構(gòu)。當柵體材料升溫、降溫時，柵紋的幾何形狀與材料的折射率隨之而變，使得光柵的布喇格衍射柵距Λ與入射激光的波長λ0適配，導致濾波器處于失調(diào)狀態(tài)。高功率激光對光柵有加熱作用，使得光柵的運行溫度偏離預定溫度較大，整個濾波裝置的衍射效率明顯降低，甚至起不到預期的濾波作用?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒有提供維持衍射型濾波器件熱穩(wěn)定性的措施。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種用于高功率激光二軸空間濾波器的熱補償裝置。
本實用新型的技術(shù)方案是包括兩套結(jié)構(gòu)和濾波性能相同、、濾波軸線相互垂直的單軸熱補償器件以及一個四通道溫度控制器，其中豎軸熱補償器件和水平軸熱補償器件串聯(lián)安放，組成二軸濾波補償裝置。
所述單軸熱補償器件包括一個寬為10～50cm、長度為寬度的2～2.5倍、厚度1～4cm的長方形底座，在底座上安放有二片相互平行、相距10～50cm的布喇格光柵，在底座中軸的左上側(cè)裝有表面貼有片狀熱電半導體器的片狀或棒狀驅(qū)動元件，在底座中軸的左下側(cè)裝有復位彈簧，所述熱電半導體器件與四通道溫度控制器的一個輸出口連接。
所述四通道溫度控制器是由四個溫度傳感器、一個包括四個輸入口、四個輸出口的控溫電路構(gòu)成。
所述溫度傳感器有兩種構(gòu)型，一種是穩(wěn)頻激光器和光電探測組成的光學測溫裝置，其中穩(wěn)頻激光器安放在所述布喇格光柵的右側(cè)，光電探測器安放在布喇格光柵的左側(cè)、接收透過光柵的穩(wěn)頻激光，并通過電纜與控溫電路的一個輸入口連接。另一種溫度傳感器采用通用式電子測溫探頭，探頭貼在所述布喇格光柵上，通過電纜與控溫電路的另一個輸入口連接。
本實用新型具有以下三個優(yōu)點 (1)自動消除二軸空間濾波器中光柵的熱失配量 本實用新型的驅(qū)動器件的長度能自動地隨柵體材料溫度(和環(huán)境溫度)而變化。光柵的熱失配量得到自動補償，始終處于最佳衍射狀態(tài)。
(2)提高空間濾波器承載高功率激光的閾值 所述體積布喇格光柵可承載的激光功率較高，能滿足10焦耳-100焦耳級高功率激光空間濾波的需求。但高功率激光的加熱效應導致柵體材料升溫(熱脹冷縮和折射率變化)，使得未采取熱補償措施的濾波器不能穩(wěn)定運行。啟用熱補償裝置后，即使高功率激光使布喇格衍射柵距Λ偏離原設計值，該空間濾波器在補償后的位置仍然滿足布喇格衍射條件。
(3)光軸穩(wěn)定性好、“免調(diào)節(jié)” 慣性約束聚變驅(qū)動器中，激光器件是龐然大物，不便搬移和調(diào)節(jié)?？臻g濾波器是慣性約束聚變驅(qū)動器中振蕩器-放大器之間(以及放大器與靶之間)的插入件。本實用新型提供的熱補償裝置使得輸出激光的方向始終與輸入激光的方向平行，避免大型激光系統(tǒng)因插入件失調(diào)而頻繁調(diào)節(jié)“光軸”。
圖1為本實用新型實施例1單軸熱補償器示意圖。
圖2為實施例2中單軸熱補償器件組成二軸濾波器熱補償裝置的示意圖。
圖3為驅(qū)動元件示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實例和附圖作進一步說明 實施例1單軸熱補償器件 參照附圖1，單軸熱補償器件包括一個長方形底座1(寬度10～50cm，長度是寬度的2～2.5倍左右，厚度約1～4cm)，在底座上安放有二片相互平行的光學鏡片(布喇格光柵2-1和布喇格光柵2-2，二者距離為10～50cm)。在底座中軸k的左上側(cè)裝有驅(qū)動元件3-1，底座中軸的左下側(cè)裝有復位彈簧3-2。所述驅(qū)動元件3-1是長度5～15cm、寬度1～5cm的片狀(或棒狀)物，其表面貼有片狀熱電半導體器件3-3，所述熱電半導體器件與四通道溫度控制器4的一個輸出口連接。
所述四通道溫度控制器4由4個溫度傳感器、一個四輸入口、四輸出口的控溫電路7構(gòu)成。所述溫度傳感器有光學測溫和電子測溫兩種構(gòu)型 光學測溫傳感器5由穩(wěn)頻激光器和光電探測組成。其中，穩(wěn)頻激光器5-1安放在所述布喇格光柵2-2的右側(cè)，光電探測器5-2安放在布喇格光柵的左側(cè)、接收透過光柵的穩(wěn)頻激光，并通過電纜與控溫電路7的一個輸入口連接。本實施例使用穩(wěn)頻He-Ne激光器檢測光柵的熱失配量。
電子測溫傳感器6采用通用式電子測溫探頭，探頭6-1貼在所述布喇格光柵2-1上，通過電纜6-2與控溫電路7的另一個輸入口連接。
實施例2兩個單軸熱補償器件組成高功率激光二軸濾波器熱補償裝置 參照圖2，二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置，包括兩套結(jié)構(gòu)和濾波性能相同的單軸熱補償器件以及一個四通道溫度控制器4。其中豎軸熱補償器件的尾部后接水平軸熱補償器件的首部，組成二軸濾波器熱補償裝置。
四通道溫度控制器4中，控溫電路7分別與4個溫度傳感器和4個驅(qū)動元件連接。豎軸(X軸)熱補償器件OPQR的結(jié)構(gòu)如下底座1左上側(cè)安裝一個驅(qū)動元件3-1、一個熱電半導體器件3-3，左下側(cè)安裝復位彈簧3-2。在P點和Q點的光柵2-1、光柵2-2上，分別安放一個溫度傳感器(本圖未畫出)。水平軸(Y軸)熱補償器件QRST的結(jié)構(gòu)如下溫度傳感器、驅(qū)動元件和復位彈簧在底座上的安裝位置與前述豎軸熱補償器件的安裝位置相似(圖中未畫出)。
參照圖3左圖，在預定溫度下(例如T0＝25℃)，單軸熱補償裝置的長方形底座1上。布喇格光柵2-1和光柵2-2相互平行，光柵法線與中軸成45°。激光順次在O點和P點偏轉(zhuǎn)90°，形成一條空間折線OPQR。參照圖3右圖，在任意溫度下(T0≠25℃)，按照光柵的熱失配量，驅(qū)動元件3-1推動底座1繞軸心K自動偏轉(zhuǎn)δθ角。帶動P′點和Q′點的光柵順次使激光偏轉(zhuǎn)(90°±2δθ)，形成一條滿足布喇格衍射條件的新的空間折線O′P′Q′R′。
本實施例用溫度控制器4控制熱電半導體器件3-3，屬于主動控制方式。當溫度控制器停電(或不裝溫度控制器)時，驅(qū)動元件3-1的長度隨環(huán)境溫度而變化，在適當選取材料熱膨脹系數(shù)與驅(qū)動元件長度之乘積的條件下，同樣能推動底座1偏轉(zhuǎn)δθ角，以被動控制方式補償光柵的熱失配量。
圖2所用布喇格光柵2和光柵8為反射型，其特點是衍射光與入射光位于柵體的同一側(cè)。單個光柵是一塊透明的玻璃或晶體，單塊片狀材料中有一組平行的層狀柵紋面。其光柵柵距對入射激光的中心波長λ0滿足布喇格衍射條件，衍射效率不小于90％。單個光柵外形長度、寬度在25mm～500cm范圍，厚度不大于5mm。透射型光柵同樣適用于本實施例的補償裝置。
圖2標示豎軸熱補償器件中的布喇格光柵2，以及水平軸熱補償器件中的布喇格光柵8，均為成對使用。在需要節(jié)省光柵時，單軸單軸熱補償器件只安放一個光柵，另一個鏡片是外形相同的平面反射鏡，也能正常發(fā)揮熱補償作用。半波片9a和半波片9b用于調(diào)整光束的偏振方向。
權(quán)利要求1.一種高功率激光二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置，其特征在于包括兩套結(jié)構(gòu)和濾波性能相同、濾波軸線相互垂直的單軸熱補償器件以及一個四通道溫度控制器，其中豎軸熱補償器件和水平軸熱補償器件串聯(lián)安放，組成二軸濾波熱補償裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率激光二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置，其特征在于所述單軸熱補償器件包括一個寬為10～50cm、長為寬度的2～2.5倍、厚度1～4cm的長方形底座，在底座上安放有二片相互平行、相距10～50cm的布喇格光柵，在底座中軸的左上側(cè)裝有表面貼有片狀熱電半導體器的片狀或棒狀驅(qū)動元件，在底座中軸的左下側(cè)裝有復位彈簧，所述熱電半導體器件與四通道溫度控制器的一個輸出口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率激光二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置，其特征在于所述四通道溫度控制器是由四個溫度傳感器、一個包括四個輸入口、四個輸出口的控溫電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高功率激光二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置，其特征在于所述溫度傳感器由穩(wěn)頻激光器和光電探測器組成光學測溫裝置，其中穩(wěn)頻激光器安放在單軸熱補償器件的布喇格光柵的右側(cè)，光電探測器安放在單軸熱補償器件的布喇格光柵的左側(cè)、接收透過光柵的穩(wěn)頻激光，并通過電纜與控溫電路的一個輸入口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高功率激光二軸濾波器光柵熱失配量的自動補償裝置，其特征在于所述溫度傳感器采用通用式電子測溫探頭，所述探頭貼在布喇格光柵上，通過電纜與控溫電路的另一個輸入口連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于高功率激光二軸空間濾波器的熱補償裝置。包括兩套相互垂直且結(jié)構(gòu)和濾波性能相同的單軸熱補償器件以及一個四通道溫度控制器，其中豎軸熱補償器件和水平軸熱補償器件串聯(lián)安放，組成二軸空間濾波器熱補償裝置。當溫度升、降導致折射率n0和光柵的布喇格柵距Λ0增減時，本實用新型利用驅(qū)動元件使底座偏轉(zhuǎn)，改變光束進入光柵的入射角?？勺詣酉S空間濾波器的光柵的熱失配量；提高空間濾波器承載激光的閾值，在高功率激光的加熱效應導致柵體材料升溫(變形)的條件下，使空間濾波器滿足布喇格衍射條件；光軸的熱穩(wěn)定性好、“免調(diào)節(jié)”，輸出激光的方向始終與輸入激光的方向平行。
文檔編號H01S3/098GK201584642SQ200920319168
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者譚一舟 申請人:譚一舟