[发明专利]一种多自由度光学调装装置及调装方法

说明书

本发明公开了一种多自由度光学调装装置及调装方法，该调装装置包括固定台、自由度分解机构，所述自由度分解机构设置在固定台上；所述自由度分解机构包括玻璃底座、第一玻璃元件、第二玻璃元件；所述第一玻璃元件垂直设置在玻璃底座的一面上,且可水平方向平移和角度转动；所述第二玻璃元件垂直设置在第一玻璃元件的另一面上，且可上下方向平移和俯仰角度转动连接设置，第二玻璃元件与玻璃底座平行；所述待调光学元件设置在第二玻璃元件上表面；所述玻璃底座下表面与固定台连接。本发明可对待调光学元件同时多自由度调节、操作简单、准确性高的特点，本发明适用于单片式高精度集成光路精密调装。

技术领域

本发明涉及高精度光路调装与集成领域，更具体地，涉及一种在光路一体化集成技术中的多自由度同时原位光学调节优化调装方法及其装置。

背景技术

一体化的超稳集成光学系统是精密光学测量、高精度光学仪器等领域的核心技术组件，特别是在航空航天等应用领域所需的便携式的超稳光学系统对地球科学、空间科学具有重要意义。

集成光路包括常用的基于光纤、波导等器件的光学系统，其优点是轻便和便于装配，但其稳定性较容易受环境噪声干扰。对于光路复杂度较高、以及对光学稳定度要求较高的系统，如高精度激光干涉仪等，单片式的集成光学平台是更适合的超稳光学系统。单片式的集成光路是指采用黏着剂胶合或者采用化学催化粘结等方式，将玻璃反射镜、透镜、分束/合束镜等光学元件根据所需光路固定在同一个玻璃底座上，形成一个稳定的一体化集成空间光路。由于光学元件和底座都采用同样的玻璃材料，而且在粘结固化后光路将完全固定，使其足够稳定而不易受环境噪声干扰。

由于单片式集成光路在粘合固定后不可调，光学元件的精密定位和调装是其关键技术难点。对于光路中定位精度要求较低的光学元件和底座之间的粘合组装，可采用模板对其进行辅助定位；而对于定位精度要求较高的关键光学元件，如激光合束镜、光纤耦合或准直透镜、激光成像系统等，则需要在粘合前在光路中对其进行高精度激光对准调节。对一束高斯激光进行相对于其他光路的对准调节需要至少五个自由度包括：两维平移、两维指向角以及高斯腰斑的纵向位置可调。

目前对单片式集成光学平台中关键元件的精密调装一般采用高精度的辅助设备如三坐标仪等，通过对关键元件的几何坐标进行精密测量，同时结合光路坐标定位软件进行光路组装。然而，对于单片式的集成光路而言，即使采用三坐标仪进行辅助调节，也只能在光路平面上进行一个自由度平移和一个自由度转动的定位调节。由于底座表面与元件粘结面之间是不可调的，对于第三、四维度的光轴高度与俯仰角，目前一般需要采用自由度拆分的方式，分多次对不同自由度的坐标进行测量与调节。

但是，上述方法只适用于光学轴心可根据元件几何坐标测量值进行精确估算的情况，对于非平面的、非完美球面的光学作用面，其光学轴心与几何轴心会有不可估计的偏差，无法直接通过几何坐标的测量进行激光光束的真实定位和调节，只能通过光学实时测量的方式对光路进行原位的多自由度同时调节与装配。

针对上述情况，本领域急需一种可以对单片式集成光路进行多自由度的、实时的、原位的、并且简单易实现的光学调节与装配方法。

发明内容

本发明为了解决目前在集成光学领域中，非平面的、非完美球面的光学元件高精度调装无法通过机械坐标测量完成的情况，以及对于单片式的集成光路很难实现多自由度同时原位调节的情况，本发明提供了一种可多自由度光学调装装置与调装方法，其能多自由度的、实时的、原位的光学调节。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：一种多自由度光学调装装置，其特征在于：包括固定台、自由度分解机构，所述自由度分解机构设置在固定台上；所述自由度分解机构包括玻璃底座、第一玻璃元件、第二玻璃元件；所述第一玻璃元件垂直设置在玻璃底座的上表面，且可水平方向平移和转动；所述第二玻璃元件垂直设置在第一玻璃元件的另一面上，且可上下方向平移和俯仰角度转动连接设置，第二玻璃元件与玻璃底座平行；所述待调光学元件设置在第二玻璃元件上；所述玻璃底座下表面与固定台连接。