[发明专利]一种激光自动化准直调节装置和方法

说明书

提供了一种激光自动化准直调节装置，它包括：包括中央处理器(1)，信号接收线(2)、信号发送线(3)组成的数据处理与反馈控制系统；Z向步进电机(6)和准直透镜(4)及底座共同组成的准直调节系统；第一三角棱镜(15)、第二三角棱镜(16)、等腰梯形棱镜(17)、面阵CCD(11)组成的光束波前检测系统。本发明装置结构紧凑，使用便捷，尤其适用于高超真空腔体等有限空间环境，能实现激光光源的自动化光束准直调节，具备调节快速、信号反馈判据简洁的优势。

技术领域

本发明总体地属于激光调节及表征技术领域，具体涉及一种激光自动化准直调节装置和方法。

背景技术

激光相比普通光源，单色性好，亮度高，方向性好，具有很强的时空相干性。在激光的众多应用中，均涉及对激光光路的准直性进行调节的过程。激光的准直质量直接影响光学仪器的使用效果，通常对于可见光波段激光，实验人员常采用单光阑远近调节法，定性的判定光束准直程度。该方法尽管操作简便，但光束准直程度受调节空间范围影响较大，难以在有限空间内对激光准直度有准确判断。

剪切干涉仪利用适当的光学元件可以将被测光束的波前一分为二，并使两波前彼此相互剪切，同时利用激光良好的相干性，在两波前重叠部分会产生具有高衬比度的相干条纹。该相干条纹与激光波前形状密切相关，因此可以在较高精度条件下，定量判定激光准直度。

在深紫外电磁波波段中，光束传输受水汽吸收衰减影响较大，所以此类光学实验须在高超真空的有限封闭条件下进行搭建和调节，由此带来的最为显著的问题就是，难以使用常规方法对光路进行良好的准直。

发明内容

针对现有技术中激光光路准直设备和方法少，且条件要求苛刻、准直度不高的技术缺陷，提供一种激光自动化准直调节装置和方法，该装置结构紧凑、调节快速、自动化程度高，尤其适用于深紫外的超高真空环境下的准直调节。

本发明的技术方案是，一种激光自动化准直调节装置，它包括：中央处理器、信号接收线、信号发送线、准直透镜、激光光源、Z向步进电机、透镜底座和波前检测单元；所述中央处理器经信号接收线与波前检测单元连接，用于接收波前检测单元发送的信号；中央处理器经信号发送线与Z向步进电机连接，用于向Z向步进电机发送移动指令；所述激光光源设置于准直透镜的一侧，以使其产生的激光束穿过准直透镜；所述准直透镜通过透镜底座固定在所述Z向步进电机上，与Z向步进电机同步在激光光源的激光传播方向上移动，所述Z向是指激光光束中心传播的方向；所述波前检测单元位于准直透镜的另一侧，以使穿过准直透镜的激光束进入其中，在所述波前检测单元内产生干涉条纹，并将获得的干涉条纹图样信号送至中央处理器，中央处理器根据接收的干涉条纹图样宽度变化情况按照设定的指令驱动Z向步进电机移动。

进一步的，上述波前检测单元包括第一三角棱镜、第二三角棱镜、梯形棱镜和面阵CCD；所述第一三角棱镜和第二三角棱镜的均为尺寸相同的等腰直角三角形，所述梯形棱镜的形状为等腰梯形；所述第二三角棱镜的斜边平行于准直透镜设置，且斜边上设置有光束入射窗，以使穿过准直透镜进入其中；所述第一三角棱镜以其斜边垂直于所述第二三角棱镜斜边的方式贴合设置在第二三角棱镜下方，相互贴合的两直角边之间设置有密封空隙，所述密封空隙内充有高纯惰性气体；所述第一三角棱镜与第二三角棱镜的贴合处，第一三角棱镜的直角边上镀有高透射膜；第二三角棱镜的直角边上镀有高反射膜；所述第一三角棱镜的另一直角边与第二三角棱镜的另一直角边相互延长并与所述梯形棱镜的底边胶黏贴合；上述第一三角棱镜的斜边上设置有干涉条纹检测窗，用于检测平行出射的激光干涉条纹；所述面阵CCD位于干涉条纹检测窗的出光方向，与中央处理器连接，用于获取干涉条纹图样宽度数据并发送至中央处理器，作为中央处理器控制Z向步进电机运动的依据。

更进一步的，上述相互贴合的两直角边之间的密封空隙的宽度范围在2-10mm范围内。