插片式可调激光衰减装置

摘要

一种插片式可调激光衰减装置，包括固定在底座上的同光轴的依次的第一通光孔、第一微调衰减镜架对、第一固定衰减镜架、第二微调衰减镜架对、第二固定衰减镜架、第三微调衰减镜架对和第二通光孔；第一通光孔和第二通光孔分别位于底座的两端；第一通光孔、第二通光孔、所有微调衰减镜架对的旋转轴、所有固定衰减镜架的镜座与所述底座一体成型；该插片式可调激光衰减装置关于通过第二微调衰减镜架对中旋转轴并垂直于Z轴的平面镜面对称分布；第一微调衰减镜架对、第二微调衰减镜架对、第三微调衰减镜架对、第一固定衰减镜架和第二固定衰减镜架均可供多块衰减镜片插入，所述的衰减镜片均由光学玻璃制成。

权利要求

1.一种插片式可调激光衰减装置，特征在于其构成包括固定在底座(7)上的同光轴的依次的第一通光孔(1)、第一微调衰减镜架对(2)、第一固定衰减镜架(5)、第二微调衰减镜架对、第二固定衰减镜架、第三微调衰减镜架对和第二通光孔(8)；所述第一通光孔(1)和第二通光孔(8)分别位于底座(7)的两端；所述第一通光孔(1)、第二通光孔(8)、所有微调衰减镜架对的旋转轴(6)、所有固定衰减镜架的镜座(4)与所述底座(7)一体成型；所述插片式可调激光衰减装置关于通过第二微调衰减镜架对的旋转轴(6)并垂直于Z轴的平面呈镜面对称分布；所述第一微调衰减镜架对(2)、第二微调衰减镜架对、第三微调衰减镜架对、第一固定衰减镜架和第二固定衰减镜架均可供多块衰减镜片(3)插入，所述的衰减镜片(3)均由光学玻璃制成,光轴为Z轴。

2.根据权利要求1所述的插片式可调激光衰减装置，其特征是所述的微调衰减镜架对由与底座(7)一体成型的旋转轴(6)、两个绕该旋转轴(6)旋转的镜片支座(9)、压簧(10)、滑杆(11)、滑杆安装槽(12)和细牙螺丝副(13)构成；所述的两个镜片支座(9)共用一个所述的旋转轴(6)；所述滑杆(11)嵌入滑杆安装槽(12)，旋转细牙螺丝副(13)顶紧调节滑杆(11)在滑杆安装槽(12)中的位置，压簧(10)提供滑杆(11)回复力；所述细牙螺丝副(13)垂直于Z轴安装，所述滑杆(11)的移动方向垂直于Z轴；每个所述镜片支座(9)插入的衰减镜片(3)的最多数量为3，多片衰减镜片(3)相互平行。

3.根据权利要求1所述的插片式可调激光衰减装置，其特征是所述的固定衰减镜架由与底座(7)一体成型的镜座(301)、多根调节螺丝(302)、多个压簧(303)和多个聚四氟乙烯滚珠(304)构成；所述镜座(301)的中部有一列带螺孔的锥孔，在每个锥孔中按聚四氟乙烯滚珠(304)、压簧(303)和调节螺丝(302)的顺序构成压紧结构；所述的固定衰减镜架左右镜座(301)均相对有错槽，构成带角度的镜片安装槽，每个镜片安装槽插入的衰减镜片(3)的最多数量为9，多片衰减镜片(3)相互平行，通过顶紧调节螺丝(302)调节压力大小，将衰减镜片(3)压到镜座(301)的基准面。

说明书

插片式可调激光衰减装置

技术领域

[0001] 本发明涉及激光光强衰减装置，特别是一种插片式可调激光衰减装置。

背景技术

[0002] 光衰减器是一种插入到光路中的器件，其目的是对光强进行人工可控的衰减，使输出光在强度或功率上满足使用要求。

[0003] 当前的光衰减器依据工作原理可分为吸收式与分束式两类。吸收式衰减器依靠衰减器件自身对光束的吸收让通过衰减器的光束实件现光束能量或功率衰减。由于对光束能量的吸收，极易导致器件本身的温升从而引入某些热物性质的变化，这将在一定程度上影响传输光束质量；此外吸收的能量过大也容易引起衰减器件本身的损伤，所以该类衰减器通常局限于用在光束能量或功率较低的系统中。分束式衰减器是利用光束的特性实现分束，通过各光束能量的配比实现所需的能量衰减。当前的分束式衰减器多是利用光束的偏振特性，因此对调节光束的偏振性有一定的要求，其衰减范围以及稳定性取决于光束本身的偏振特性，因此适用范围受到一定的限制；其次，该类衰减器还要涉及到光束偏振方向的调节，这不仅增加了器件制造成本与技术难度，还极易影响光束质量；此外，该类衰减器通常只能针对特定波长的光束进行衰减，对于宽光谱光束则效果欠佳。

发明内容

[0004] 本发明提出一种插片式可调激光衰减装置，克服现有的光强衰减装置使用容易损坏和改变光斑质量影响后续使用的现实问题，提高抗激光损伤能力、降低对光束质量的影响、扩大可衰减的激光波长范围的衰减器。

[0005] 为实现本发明的目的，本发明所采用的技术解决方案是：

[0006] 一种插片式可调激光衰减装置，包括固定在底座上的同光轴的依次的第一通光孔、第一微调衰减镜架对、第一固定衰减镜架、第二微调衰减镜架对、第二固定衰减镜架、第三微调衰减镜架对和第二通光孔；第一通光孔和第二通光孔分别位于底座的两端；第一通光孔、第二通光孔、所有微调衰减镜架对的旋转轴、所有固定衰减镜架的镜座与所述底座一体成型；该插片式可调激光衰减装置关于通过第二微调衰减镜架对中旋转轴并垂直于Z轴的平面镜面对称分布；第一微调衰减镜架对、第二微调衰减镜架对、第三微调衰减镜架对、第一固定衰减镜架和第二固定衰减镜架均可供多块衰减镜片插入，所述的衰减镜片均由光学玻璃制成。

[0007] 该插片式可调激光衰减装置的第一微调衰减镜架、第二微调衰减镜架和第三微调衰减镜架各由与底座一体成型的旋转轴、两个绕旋转轴旋转的镜片支座、压簧、滑杆、滑杆安装槽和细牙螺丝副构成；两个镜片支座共用一个旋转轴；滑杆嵌入滑杆安装槽，旋转细牙螺丝副顶紧调节滑杆在滑杆安装槽中的位置，压簧提供滑杆回复力；细牙螺丝副垂直于Z轴安装，滑杆的移动方向垂直于Z轴；每个镜片支座插入的衰减镜片的最多数量为3，多片衰减镜片相互平行。

[0008] 该插片式可调激光衰减装置的第一固定衰减镜架、第二固定衰减镜架各由与底座一体成型的镜座、多根调节螺丝、多个压簧和多个聚四氟乙烯滚珠构成；镜座中部有一列带螺孔的锥孔，在每个锥孔中按聚四氟乙烯滚珠、压簧和调节螺丝的顺序构成压紧结构；所述的固定衰减镜架左右镜座均相对有错槽，构成带角度的镜片安装槽，每个镜片安装槽插入的衰减镜片的最多数量为9，多片衰减镜片相互平行，通过顶紧调节螺丝调节压力大小，将衰减镜片压到镜座的基准面，单一镜片安装槽中的多片衰减镜片相互平行。

[0009] 本发明的有益效果如下：

[0010] 可用于光通讯和光信息处理等需要光强衰减的场合，也可用于精密测距、全息信息处理、弱吸收测量等需要对光束参数进行严格控制的情况。与现有技术相比，其具有以下优点：

[0011] 1.采用体材料作为衰减工作物质，由于体材料抵抗激光损伤的能力比一般的薄膜大得多，同时多片衰减镜片能分担激光束高能量，使得在衰减的过程中衰减装置本身可承受激光能量高，衰减装置的使用寿命增长；

[0012] 2.采用体材料作为衰减物质，形变小、均匀性好，对入射光的光斑质量影响较小；

[0013] 3.微调衰减镜架可小角度调节入射工作角，主要用于改变入射光在衰减片上的透过率和反射率，通过工作角可调和多块衰减片的配合实现光能量的连续衰减；

[0014] 4.通过精确控制细牙螺丝副旋转的角度分辨率，可提供较小范围内的连续激光能量衰减，达到较高的调整衰减精度；

[0015] 5.工作波长范围大，可对单波长激光光源进行衰减，也适用于具有一定波段范围的宽光谱光源。

附图说明

[0016] 图1为本发明的结构原理示意图

[0017] 图2为本发明微调衰减镜架俯视结构图

[0018] 图3为本发明固定衰减镜架俯视结构图

[0019] 图4为光束偏移量与入射角度之间的关系

[0020] 图5为实施例工作原理示意图

具体实施方式

[0021] 以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

[0022] 图1为本发明的结构原理示意图，包括固定在底座7上的同光轴的依次的第一通光孔1，第一微调衰减镜架对2，第一固定衰减镜架5，第二微调衰减镜架对，第二固定衰减镜架，第三微调衰减镜架对和第二通光孔8；第一通光孔1，第二通光孔8分别位于底座7的两端，在光路前端的通光孔可作为入射通光孔，在光路后端的通光孔可作为出射通光孔，通光孔径均≥20mm；该插片式可调激光衰减装置关于通过第二微调衰减镜架对中旋转轴6并垂直于Z轴的平面镜面对称分布；第一通光孔1、第二通光孔8、所有微调衰减镜架对的旋转轴6、所有固定衰减镜架的镜座4与底座7一体成型；第一微调衰减镜架对2，第二微调衰减镜架对、第三微调衰减镜架对、第一固定衰减镜架5和第二固定衰减镜架均可供多块衰减镜片3插入；衰减镜片3均由光学透射性能均匀的光学玻璃制成，可以是K9玻璃或者石英玻璃，衰减镜片3规格：45mm×45mm×2mm，尺寸可根据实际需求结构再进行调整，核心满足通光口径；光轴为Z轴。

[0023] 图2为本发明专利微调衰减镜架俯视结构图，包括有与底座7一体成型的旋转轴6、两个绕旋转轴6旋转的镜片支座9、压簧10、滑杆11、滑杆安装槽12和细牙螺丝副13；两个镜片支座9共用一个旋转轴6，镜片支座9可以绕旋转轴6旋转；滑杆11嵌入滑杆安装槽12，细牙螺丝副13垂直于Z轴安装，滑杆11的移动方向垂直于Z轴，细牙螺丝副13的角度分辨率约为0.07°/圈，通过这一结构两个镜片支座9与通过其旋转轴6并垂直于Z轴的直线所成的两个夹角近似相等，旋转细牙螺丝副13顶紧调节滑杆11在滑杆安装槽12中的位置可以改变两个镜片支座9与通过其旋转轴6并垂直于Z轴的直线所成角度，压簧
10提供滑杆11回复力；每个镜片支座9插入的衰减镜片3的最多数量为3，多片衰减镜片
3相互平行。

[0024] 图3为本发明专利固定衰减镜架俯视结构图，包括有与底座7一体成型的镜座301、多根调节螺丝302、多个压簧303和多个聚四氟乙烯滚珠304；镜座301中部有一列带螺孔的锥孔，按聚四氟乙烯滚珠304、压簧303、调节螺丝302顺序，构成压紧结构；固定衰减镜架Z轴左右2个镜座6均相对有错槽，构成带角度的镜片安装槽，每个镜片安装槽插入的衰减镜片3的最多数量为9，多片衰减镜片3相互平行，通过顶紧调节螺丝302调节压力大小，将衰减镜片3压到镜座301的基准面，单一镜片安装槽中的多片衰减镜片3相互平行。

[0025] 为了保证光束在通过该插片式可调激光衰减装置后出射通光孔出射光点静止，在改变光能量的衰减值时不用再进行光路的调整，分析光束偏移量与入射角度之间的关系：衰减镜片3以常用K9玻璃为例，对He-Ne激光器波长的折射率为1.45，假设衰减镜片厚度为1mm，得到光束偏移量与入射角度之间的关系图(如图4所示)。将其中一个固定衰减镜架插入镜片安装槽中的衰减镜片3与Z轴正方向的夹角固定为5.5°，光束接近垂直入射于衰减镜片3上，此时光束偏折在0.025mm左右，在实际使用过程中，关于通过第二微调衰减镜架对中旋转轴6并垂直于Z轴的平面镜面对称分布的两个固定衰减镜架中插入的衰减镜片3数量相同；将所有微调衰减镜架对中的两个镜片支座9与通过其旋转轴6并垂直于Z轴的直线所构成的两个夹角可调节角度范围定为4.5°～6.5°，在实际使用过程中，共用一个旋转轴6的两个镜片支座9中插入的衰减镜片3数量相等。

[0026] 本插片式可调激光衰减装置的原理是激光光束在衰减镜片3前、后表面经过反射和透射，实现分光式光束强度衰减，是反射型衰减结构。以衰减镜片3为K9玻璃为例，K9玻璃在350-1100nm波长范围内光透过率基本没有变化，透过率近似考虑为92％，单面衰减镜片3约有4％的Frenel反射损耗。通过衰减镜片3后出射光束的能量与衰减镜片3的透射率成正比关系，公式为Iend＝I0T1T2T3T4…T2n-1T2n(n＝2、4、6…36)，其中是I0光源发出光束的光能量初始值；Iend是经衰减后的出射光束的光能量最终值；T1是第一衰减镜片前表面透过率；T2是第一衰减镜片后表面透过率；T2n-1是第n衰减镜片前表面透过率；T2n是第n衰减镜片后表面透过率。当需要较大的衰减值时，可增大n值。通过增减衰减镜片3实现光束透过率的粗调，其中可调节衰减镜片3数量：36片。第一微调衰减镜架对2、第二微调衰减镜架对和第三微调衰减镜架对上的衰减镜片3其透过率与光束的入射角度有一定关系。因此，经过光强衰减装置的光束其衰减程度除了通过改变衰减镜片3数量来控制外，还可以改变光束的入射角度利用衰减镜片3前后表面反射光束的干涉效应来控制衰减量。

[0027] 实施例一：打开激光器，激光光束从入射通光孔1穿过，在出射通光孔8附近放置一功率计9进行实时观测经衰减后的激光光束能量。根据想要得到的衰减值，先通过增减衰减镜片3实现光束通过率的粗调，之后调整细牙螺丝副13改变任意微调衰减镜架对上的已插入衰减镜片的两个镜片支座9与通过其旋转轴并垂直于Z轴的直线所成的角度，该角度可以是4.5°。激光光束经过衰减镜片3的反复衰减得到预定的衰减值后经过出射通光孔8输出。

[0028] 实施例二：打开激光器，激光光束从入射通光孔1穿过，在出射通光孔8附近放置一功率计9进行实时观测经衰减后的激光光束能量。根据想要得到的衰减值，先通过增减衰减镜片3实现光束通过率的粗调，之后调整细牙螺丝副13改变任意微调衰减镜架对上的已插入衰减镜片的两个镜片支座9与通过其旋转轴并垂直于Z轴的直线所成的角度，该角度可以是6.5°。激光光束经过衰减镜片3的反复衰减得到预定的衰减值后经过出射通光孔8输出。