一种激光器外腔底座自找正球面支撑装置及方法与流程

1.本发明属于激光器技术领域，涉及激光器外腔底座的找平装置及方法。


背景技术：

2.随着科学和技术的发展，对半导体激光光源的要求也越来越高, 不但要求激光有窄线宽, 而且还要求激光的波长在较大范围内连续可调。外腔式的可调谐激光光源为实现大连续调谐范围提供了一种可能的途径。它的原理是利用连续改变外腔的腔长从而连续改变激光的波长。但是一般情况下,波长在调谐时会出现跳模现象, 限制了波长的连续可调谐范围。如何获得大范围的连续可调谐范围是外腔设计的核心问题之一。
3.外腔主要由外腔底座、转动机构和光学器件构成。外腔底座为载体，所有光学器件均以外腔底座为基础进行装调，装调时，外腔底座需用压紧力可靠固定在光学平台上。
4.目前，外腔底座的支撑方式主要有平面支撑（方式1）和凸台支撑（方式2）两种。平面支撑为外腔底座1整体直接依靠压紧力固定在光学平台2上，如图1（a）；凸台支撑为在外腔底座1与光学平台2之间增加三个凸台3，压紧力固定时，凸台3与光学平台1接触，如图1（b）。
5.现有的支撑方式主要有以下缺点：（1）方式1，由于腔体底座1存在难以避免的平面度误差，施加的压紧力f会引起外腔底座的变形，装调完成后，压紧力释放f’会导致外腔底座恢复压紧前的状态，使得已装调完成的光学器件空间相对位置改变，从而导致光路的变化，如图1（a）中所示，a为光路，b为偏移后的光路，c为光栅，d为偏移后的光栅。为了减小光路变化，需要极高的平面度要求，高水平的操作人员，操作繁琐，并且不能完全消除平面度误差引起的光路变化。
6.（2）方式2，实质上三个凸台相当于构成了一个平面，原理与方案1一致，仅基于减小支撑平面加工面积，从而减小平面度误差，但是并不能完全消除平面度误差，因此也不能消除压紧力因素导致的腔体光路变化。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了克服现有的激光器底座支撑方式存在的问题，提供一种激光器外腔底座自找正球面支撑装置，用以消除装调过程中由于外腔底座本身平面度误差引起的光路变化，使得压紧力释放前后光路保持一致，进而不再要求腔体底座的平面度误差，降低加工难度。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光器外腔底座自找正球面支撑装置，主要由调整机构、载板和压块组成；所述调整机构固定在载板上的凹槽中；所述调整机构具有球形接触面；所述压块通过销固定在光学平台上。
9.作为本发明的一种优选方式，所述的调整机构由柔性铰链机构和表面光滑的圆球组成；所述柔性铰链机构的中部设有圆形凹槽，所述圆球固定在所述圆形凹槽内。
10.进一步地，在所述调整机构的底部设有调整垫片，用于调节调整机构的安装高度。
11.进一步地，所述压块的下端面设有球形凸起。
12.进一步地，所述载板上设有固定孔。
13.本发明还提供一种激光器外腔底座自找正方法，包括：将所述的支撑结构固定在光学平台上；将激光器外腔底座放置在调整机构上，球形接触面与激光器外腔底座下表面的锥形定位孔接触；将压块的球形凸起与激光器外腔底座上表面的锥形定位孔接触；压紧压块，压紧力驱使调整机构进行运动，直至调整机构的球面与激光器外腔底座下表面的锥形定位孔可靠接触。
14.与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：（1）降低腔体底座的加工成本。在不考虑腔体底座的平面度误差要求后，零件加工工时降低50%以上。
15.（2）调节效率高。不需要再对腔体底座进行找平，将腔体底座放置在本装置上，直接使用压块固定即可使用。
16.（3）光学器件装调完成后，不会产生因腔体底座平面度误差引起的光路变化。
17.（4）对操作人员要求低，安装前不需其他操作。
附图说明
18.图1（a）为现有技术中平面支撑的结构原理示意图；图1（b）为现有技术中凸台支撑的结构原理图；图2为本发明实施例中激光器外腔底座自找正三点球面支撑装置的整体结构图；图3为调整机构的结构图；图4为柔性铰链的俯视图；图5为载板结构示意图；图6为压块的结构示意图；图7本发明实施例中激光器外腔底座自找正三点球面支撑装置的使用状态图；图8为发明实施例中激光器外腔底座自找正三点球面支撑装置与外腔底座接触示意图；图9发明实施例中激光器外腔底座自找正三点球面支撑装置的工作原理图；图10为调整机构在工作状态下的受力示意图。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
20.实施例1 实施例提供的激光器外腔底座自找正三点球面支撑装置，结构如图2所示，主要由载板1、3个调整机构2、调整垫片5、压块3以及螺钉等组成。调整机构2固定在载板1上。光学平台4上均布定位孔，整个支撑装置通过螺钉或定位销与定位孔配合固定在光学
平台4上。
21.调整机构2的结构如图3和4所示，由柔性铰链机构21和氮化硅陶瓷球22组成。在柔性铰链机构21的中部设有圆形凹槽23，氮化硅陶瓷球22下部嵌在圆形凹槽23内，并通过点胶固化与柔性铰链机构形成一体结构。柔性铰链机构21采用柔性材料制成，在外力作用下，能够发生水平任意方向上的形变。
22.如图5所示，载板1上设有若干固定孔11和三个凹槽12。三个调整机构2通过螺钉或定位销固定在凹槽12内，调整垫片5垫在凹槽12底部，用于调节调整机构2的高度。
23.如图6所示，压块3为l形，其水平部的下端面设有球形凸起31，沿水平部设有定位槽32，采用定位销通过该定位槽32可将压块固定在光学平台4上，进而对压块3施加压紧力。
24.外腔底座与本实施例支撑装置的安装如图7和8所示，外腔底座6上、下表面均带有锥形定位孔7，锥形定位孔7的位置与各个调整机构的位置对应，外腔底座6放置在调整机构2上，使用压块3压紧。压块3下端面的球形凸起31与外腔底座6上表面的锥形定位孔接触。调整机构2的氮化硅陶瓷球22与外腔底座6下表面的锥形定位孔接触。
25.本实施例提供的激光器外腔底座自找正三点球面支撑装置，其主要原理及运动关系为：通过调整机构2的三点球面支撑与腔体底座6上的锥形定位孔7配合使用，形成一个稳固的支撑结构。并且，在对压块3施加压紧力时，腔体底座6不会发生因平面度误差原因引起的形变。
26.通过调整机构2，当调整机构2球形接触面与锥形定位孔7中心位置因腔体底座加工误差未对正时，压块3施加的向下压紧力f1会通过锥形定位孔的锥面转化为水平分力f2，如图9和10所示，水平分力f2驱使调整机构2的氮化硅陶瓷球22水平运动，挤压柔性铰链机构21发生形变，使得氮化硅陶瓷球22的球面与锥形定位孔7可靠接触，达到自找正效果。
27.通过调整垫片5，可以对调整机构2的安装高度进行适度调整，减小调整机构2与外部检测设备固有光路平面的垂直度误差，降低装调难度。
28.实施例2 本实施例提供一种激光器外腔底座自找正方法，该方法包括以下步骤：（1）将上述支撑装置整体固定在光学平台上，如图7所示；（2）将激光器外腔底座放置在调整机构上，调整机构的球形接触面与激光器外腔底座上表面的锥形定位孔接触；将压块的球形凸起与激光器外腔底座上表面的锥形定位孔接触；如图8所示；（3）压紧压块，压紧力驱使调整机构进行运动，直至调整机构的球形接触面与激光器外腔底座下表面的锥形定位孔可靠接触，实现自找正效果。

技术特征：
1.一种激光器外腔底座自找正球面支撑装置，其特征在于：主要由调整机构、载板和压块组成；所述调整机构固定在载板上的凹槽内；所述调整机构具有球形接触面；所述压块通过销固定在光学平台上。2.根据权利要求1所述的激光器外腔底座自找正球面支撑装置，其特征在于：所述的调整机构由柔性铰链机构和表面光滑的圆球组成；所述柔性铰链机构的中部设有圆形凹槽，所述圆球固定在所述圆形凹槽内。3.根据权利要求1所述的激光器外腔底座自找正球面支撑装置，其特征在于：在所述调整机构的底部垫有调整垫片，用于调节调整机构的安装高度。4.根据权利要求1所述的激光器外腔底座自找正球面支撑装置，其特征在于：所述压块的下端面设有球形凸起。5.根据权利要求1所述的激光器外腔底座自找球面支撑装置，其特征在于：所述载板上设有固定孔。6.一种激光器外腔底座自找正方法，利用如权利要求1-5任一项所述的激光器外腔底座自找正球面支撑装置，其特征在于，包括：将所述的支撑结构固定在光学平台上；将激光器外腔底座放置在调整机构上，球形接触面与激光器外腔底座下表面的锥形定位孔接触；将压块的球形凸起与激光器外腔底座上表面的锥形定位孔接触；压紧压块，压紧力驱使调整机构进行运动，直至调整机构的球形接触面与激光器外腔底座下表面的锥形定位孔可靠接触。

技术总结
本发明属于激光器技术领域，涉及激光器外腔底座的找平装置及方法。一种激光器外腔底座自找正球面支撑装置，主要由调整机构、载板和压块组成；所述调整机构固定在载板上的凹槽内；所述调整机构具有球形接触面；所述压块通过销固定在光学平台上。本发明的装置，能够避免装调过程中由于外腔底座本身平面度误差引起的光路变化，使得压紧力释放前后光路保持一致，进而不再要求腔体底座的平面度误差，降低加工难度。加工难度。加工难度。


技术研发人员：郭裕聪 谭浩 朱兴邦 高媛 张志伟
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十一研究所
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2022/5/25