[發明專利]用于光學元件的支撐機構和用于調節光學元件的方法

無效

• 申請號: 201380060861.2
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN104797965A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: R·胡貝爾
• 申請（專利權）人: 高質激光有限公司
• 主分類號: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00;G02B7/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王小東

本發明涉及用于相對于光束路徑的光軸精確地調節光學元件的位置和取向的方法和支撐機構，尤其是在激光裝置中使用。

此類支撐機構被用于將光學元件聯接到機械總成上。例如透鏡以及所有類型的光學元件(例如激光裝置的反射鏡)都需要這種支撐機構。在很多包含光學系統的應用中，單個光學元件(比如，透鏡、反射鏡或棱鏡)的調節必須非常精確。特別是，如果涉及到干涉量度法，精度必須精確到波長的若干分之一。這種支架的普遍問題是會損壞安裝起來的光學系統的旋轉對稱。

在現有技術的各種實施方式中早就已知超短脈沖激光系統，即能夠產生或放大具有在飛秒或皮秒范圍內的一個特征脈沖持續時間的激光脈沖的激光裝置，飛秒和皮秒激光器被越來越多的用于各種類型的應用中。例如，在歐洲專利申請EP?2284965中公開了這種激光裝置。這類激光系統使用空腔諧振器或激光諧振器，所述諧振器具有用來定義光束路徑的兩個反射鏡元件并具有激光介質。在這里，模式耦合飛秒和皮秒激光器通常使用所謂的擴展空腔，該空腔具有多重反射鏡元件以引導光束，折疊光路從而確保設計的期望緊湊性。特別是當脈沖重復頻率是位于兆赫范圍時，例如在典型脈沖重復頻率在1到120MHz范圍的情況下，這樣的設計是有重大關系的。為了維持可行的緊湊性，這樣的重復頻率需要使用這樣的擴展腔，其具有兩個或兩個以上具有曲率或可設計成平面的偏轉鏡或折疊反射鏡。

這類激光裝置的典型諧振器在一些元件的情況下具有50μrad的靈敏度，即在一個元件由于該角度而傾斜偏離最佳狀態的情況(非想要的)下，性能顯著的損失了幾個百分比的結果。

因此，需要一種支撐機構和一種方法，用來高度精確和可靠地布置光學元件的位置和取向。

各種不同類型的用于光學元件的支撐機構是現有技術已知的，并且公開在例如文獻US?6,016,230、DE?3?531?640或DE?10?2008?039?788中。

DE?103?03?549?B3公開了一種光學裝置，其具有管狀的支撐機構，用來保持光學元件。所公開的光學裝置包括控制裝置，用來控制支撐機構的變形單元，例如壓電陶瓷模塊或形狀記憶合金。借助變形單元，支撐機構的變形可以被主動控制，使得支撐機構可以通過被夾緊而保持光學元件，或者釋放光學元件。然而不利的是這種設置的工程工作量是相當大的。

在一些已知的系統中，鍵合的(即其外套相對于光軸傾斜的)光學元件通過在底座中旋轉來進行調節。為了在調節后固定光學元件的調節過的取向，光學元件通過彈簧力或限定的動量被壓向抵接件。這種方案有三個主要缺點。首先，這種機構的抗沖擊能力很低，所以沖擊或震動會輕易地使調整喪失。其次，光學元件的調整也會因為壓力而喪失。第三，在調整過程中，很難接近光學元件。

因此，本發明的目的是提供一種改進的支撐機構和方法，用于相對于光束路徑的光軸精確地調節光學元件的位置和取向，并且固定調節后的位置和取向。

本發明的一個特別目的在于提供這樣一種支撐機構，其為調節過程提供很好的可接近性，尤其是允許機動調節光學元件的位置和取向。

另一個目的是提供這樣一種低構造成本和材料成本的支撐機構，尤其是包括少量部件。

還有一個目的是提供這樣一種支撐機構，其具有提高的穩健性和穩定性，從而提供穩定的、抗沖擊的光學元件的位置和取向的調整。

另一個目的是提供這樣一種支撐機構，即使經過了相對較長的時間，其仍具有穩健性和穩定性提高的性能參數。

本發明的另一個目的是提供這樣一種支撐機構，其相對于現有技術來說減少了工程工作量和材料成本，尤其是其中對調節光學元件的位置和取向來說，不需要通過控制裝置進行主動控制。

這些目的中的至少一個根據第一方面的支撐機構、根據第九方面中的用于光學元件的定位和取向的方法和/或本發明的其它方面得以實現。

根據本發明，具有圓形截面的光學元件被夾頭保持在安裝框架的空心圓柱形的開口中。該光學元件尤其是或者包括用于激光裝置和激光應用中的光學透鏡、反射鏡或棱鏡。通過旋轉空心圓柱形開口中的夾頭來調整光學元件的傾斜取向。夾頭內的光學元件隨著夾頭做旋轉運動。夾頭的內輪廓相對于其外輪廓傾斜，以便通過轉動空心圓柱形開口中的夾頭來調節光學元件的角度。通過利用加緊螺母來使夾頭加緊，從而實施光學元件在夾頭中的位置的調整。這些特征使得激光系統允許調整設置。