[发明专利]分离式调控角度漂移与位置漂移的激光束指向稳定装置

说明书

本发明公开了一种分离式调控角度漂移与位置漂移的激光束指向稳定装置，该装置将入射激光光束通过两个分光棱镜与一个偏振分光棱镜分光，得到一束工作光束与三束监控光束，三束监控光束由相应的光电器件接受并分别用于监控角度偏移与二维位置偏移，根据得到的监控信息完成对激光光束角度与位移参量的实时校正。本发明对角度偏移与位置偏移的测量与控制进行了有效分离，分别对入射光束的水平位移与垂直位移进行实时调整，调整精度高，调整过程快速，且不会出现耦合干扰；实现激光束的位置漂移精度优于100nm，角度漂移调整精度优于0.1urad；利用本发明装置调整得到的稳定光束，可以广泛用于超分辨显微成像系统和高精度激光直写光刻系统。

技术领域

本发明属于超精密光学测量与控制领域，尤其涉及一种分离式调控角度漂移与位置漂移的激光束指向稳定装置。

背景技术

随着纳米技术的不断发展，各行业领域对纳米尺寸结构的检测与加工需求与日剧增，系统成像分辨能力与光学加工尺寸也不断地刷新记录。但是，激光光源的热效应、光学器件的热漂移与振动、光路中空气的流动与温度变化、外界环境的振动等因素使光束的传播方向与中心位置在传输过程中发生不规则运动，这种不稳定性限制了光学系统的检测精度与加工能力的进一步提高。

由于干扰的随机性，所以目前公认较好的做法是在系统中引入一个光束的实时校正模块，在光束发生漂移时快速的进行补偿，调整到理想的状态。目前的光束指向稳定系统基本依赖于一对位置探测器(或四象限探测器)的检测与一对二维快速控制反射镜的控制，如谷宗浩等(专利号为201820906888.9的中国专利)的一种激光束指向稳定系统，常慧等(专利号为201710182392.1的中国专利)的一种基于FPGA的光束指向控制系统及其构建方法等。但是这类方法中角度偏移与位置偏移的检测与调整时，相互的串扰较大，并且基于探测器的检测精度受到光斑形状、光斑能量分布、探测面最小单元尺寸等的影响，其对于光束的校准精度受到限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种分离式调控角度漂移与位置漂移的激光束指向稳定装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种分离式调控角度漂移与位置漂移的激光束指向稳定装置，包括二维快速控制反射镜、第一分光棱镜、二分之一波片、偏振分光棱镜、第一斜方棱镜、第一透镜、第一光电感应器件、第二斜方棱镜、第二透镜、第二光电感应器件、第一直角三棱镜、水平纳米移动台、第二直角三棱镜、垂直纳米移动台、第二分光棱镜、第三光电感应器件和控制器；其中，第一直角三棱镜固定于水平纳米移动台上，第二直角三棱镜固定于垂直纳米移动台上；所述控制器分别连接二维快速控制反射镜、水平纳米移动台和垂直纳米移动台；所述第一光电感应器件和第二光电感应器件均为能量敏感探测器，所述第三光电感应器件为位置探测器或四象限探测器；入射光束首先入射到二维快速控制反射镜上，之后经过第一分光棱镜分解为第一透射光束与第一反射光束；第一反射光束经过二分之一波片到达偏振分光棱镜后分为p偏振态的第一监控光束与s偏振态的第二监控光束；第一监控光束入射到水平放置的第一斜方棱镜后，发生反射经过第一透镜聚焦到第一光电感应器件上，第一光电感应器件将获得的光束反射能量E_1x反馈给控制器；第二监控光束入射到垂直放置的第二斜方棱镜后，发生反射经过第二透镜聚焦到第二光电感应器件上，第二光电感应器件将获得的光束反射能量E_2x反馈给控制器；第一透射光束垂直入射到第一直角三棱镜后，光路在水平方向折转180°，直接入射到竖直放置的第二直角三棱镜后，光路往上在垂直方向折转180°入射到第二分光棱镜上，分解为反射的工作光束和透射的第三监控光束；第三监控光束入射到第三光电感应器件上，第三光电感应器件将获得的第三监控光束的光斑位置传输给控制器。

进一步地，所述第一监控光束与第二监控光束为两束偏振态垂直且能量相等的光束；所述第一监控光束以理想入射角到达第一斜方棱镜，此时第一光电感应器件获得的光束反射能量记为标准能量E₀；所述第二监控光束以理想入射角到达第二斜方棱镜，此时第二光电感应器件获得的光束反射能量也为标准能量E₀。