[發明專利]分離式調控角度漂移與位置漂移的激光束指向穩定裝置

有效

• 申請號: 202010090733.4
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111142254B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 匡翠方;丁晨良;朱大釗
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G02B26/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種分離式調控角度漂移與位置漂移的激光束指向穩定裝置，該裝置將入射激光光束通過兩個分光棱鏡與一個偏振分光棱鏡分光，得到一束工作光束與三束監控光束，三束監控光束由相應的光電器件接受并分別用于監控角度偏移與二維位置偏移，根據得到的監控信息完成對激光光束角度與位移參量的實時校正。本發明對角度偏移與位置偏移的測量與控制進行了有效分離，分別對入射光束的水平位移與垂直位移進行實時調整，調整精度高，調整過程快速，且不會出現耦合干擾；實現激光束的位置漂移精度優于100nm，角度漂移調整精度優于0.1urad；利用本發明裝置調整得到的穩定光束，可以廣泛用于超分辨顯微成像系統和高精度激光直寫光刻系統。

技術領域

本發明屬于超精密光學測量與控制領域，尤其涉及一種分離式調控角度漂移與位置漂移的激光束指向穩定裝置。

背景技術

隨著納米技術的不斷發展，各行業領域對納米尺寸結構的檢測與加工需求與日劇增，系統成像分辨能力與光學加工尺寸也不斷地刷新記錄。但是，激光光源的熱效應、光學器件的熱漂移與振動、光路中空氣的流動與溫度變化、外界環境的振動等因素使光束的傳播方向與中心位置在傳輸過程中發生不規則運動，這種不穩定性限制了光學系統的檢測精度與加工能力的進一步提高。

由于干擾的隨機性，所以目前公認較好的做法是在系統中引入一個光束的實時校正模塊，在光束發生漂移時快速的進行補償，調整到理想的狀態。目前的光束指向穩定系統基本依賴于一對位置探測器(或四象限探測器)的檢測與一對二維快速控制反射鏡的控制，如谷宗浩等(專利號為201820906888.9的中國專利)的一種激光束指向穩定系統，常慧等(專利號為201710182392.1的中國專利)的一種基于FPGA的光束指向控制系統及其構建方法等。但是這類方法中角度偏移與位置偏移的檢測與調整時，相互的串擾較大，并且基于探測器的檢測精度受到光斑形狀、光斑能量分布、探測面最小單元尺寸等的影響，其對于光束的校準精度受到限制。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種分離式調控角度漂移與位置漂移的激光束指向穩定裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種分離式調控角度漂移與位置漂移的激光束指向穩定裝置，包括二維快速控制反射鏡、第一分光棱鏡、二分之一波片、偏振分光棱鏡、第一斜方棱鏡、第一透鏡、第一光電感應器件、第二斜方棱鏡、第二透鏡、第二光電感應器件、第一直角三棱鏡、水平納米移動臺、第二直角三棱鏡、垂直納米移動臺、第二分光棱鏡、第三光電感應器件和控制器；其中，第一直角三棱鏡固定于水平納米移動臺上，第二直角三棱鏡固定于垂直納米移動臺上；所述控制器分別連接二維快速控制反射鏡、水平納米移動臺和垂直納米移動臺；所述第一光電感應器件和第二光電感應器件均為能量敏感探測器，所述第三光電感應器件為位置探測器或四象限探測器；入射光束首先入射到二維快速控制反射鏡上，之后經過第一分光棱鏡分解為第一透射光束與第一反射光束；第一反射光束經過二分之一波片到達偏振分光棱鏡后分為p偏振態的第一監控光束與s偏振態的第二監控光束；第一監控光束入射到水平放置的第一斜方棱鏡后，發生反射經過第一透鏡聚焦到第一光電感應器件上，第一光電感應器件將獲得的光束反射能量E_1x反饋給控制器；第二監控光束入射到垂直放置的第二斜方棱鏡后，發生反射經過第二透鏡聚焦到第二光電感應器件上，第二光電感應器件將獲得的光束反射能量E_2x反饋給控制器；第一透射光束垂直入射到第一直角三棱鏡后，光路在水平方向折轉180°，直接入射到豎直放置的第二直角三棱鏡后，光路往上在垂直方向折轉180°入射到第二分光棱鏡上，分解為反射的工作光束和透射的第三監控光束；第三監控光束入射到第三光電感應器件上，第三光電感應器件將獲得的第三監控光束的光斑位置傳輸給控制器。

進一步地，所述第一監控光束與第二監控光束為兩束偏振態垂直且能量相等的光束；所述第一監控光束以理想入射角到達第一斜方棱鏡，此時第一光電感應器件獲得的光束反射能量記為標準能量E₀；所述第二監控光束以理想入射角到達第二斜方棱鏡，此時第二光電感應器件獲得的光束反射能量也為標準能量E₀。