本實用新型屬于半導體激光器技術領域，涉及一種光柵角度調節(jié)裝置。

背景技術：

目前常用的窄線寬激光器是外腔式半導體激光器，它是在激光二極管外部加上一個光學色散元件，如光柵、F-P腔等把一部分輸出光反饋回去，構成了一個激光諧振腔，對激光器的橫模和縱模都會起到重新選擇的作用。

現(xiàn)有外腔式半導體激光器一般采用的是光柵反饋外腔式半導體激光器，其常用的兩種結構是Littrow結構和Littman結構。

在Littrow結構中，激光二極管的輸出光經(jīng)過準直透鏡準直，投射在閃耀光柵上，零級衍射光作為輸出光束，一級衍射光反饋回激光二極管，形成光振蕩。由于光柵的色散作用，一級衍射光中只有某一個波長能夠反饋回激光二極管，形成激光振蕩。其他波長的光無法回到激光二極管，也就不能形成激光器振蕩受到抑制。采用這種結構的外腔式半導體激光器瞬時輸出線寬可以壓窄到1MHz或者更低。通過光柵的反饋角度，可以在一定范圍內(nèi)調諧激光器的波長。外腔式半導體激光器的光柵的反饋角度除了手動粗調外，還可以使用一塊壓電陶瓷微調，使得激光器的輸出波長在一定范圍內(nèi)可以進行電控調諧。

Littman結構的外腔式半導體激光器與此基本類似，所不同的是Littman結構中一級衍射光并不直接反饋回激光二極管，而是垂直入射到一面反射鏡上，再原路反射回閃耀光柵，反射光在閃耀光柵的作用下再次發(fā)生衍射，新產(chǎn)生的零級衍射光反饋回到激光二極管，形成振蕩。Littman結構中的反饋光兩次經(jīng)過光柵，發(fā)生了兩次選頻，因此其輸出線寬比Littrow結構還要窄得多，瞬時輸出線寬一般可以做到100KHz或者更低。也因為其光路較Littrow結構長，機械結構更復雜，更容易受到外接機械振動的影響，尤其是聲頻振蕩。另外，有更多的光功率在選頻過程中被消耗。因此，使用同樣的激光二極管，Littman結構的外腔式半導體激光器輸出功率較Littrow結構小。

無論是Littman結構還是Littrow結構，它們調節(jié)波長或頻率的性能都取決于調節(jié)光柵反饋角的機械結構的性能。良好的調節(jié)結構應能夠保證光柵反饋角連續(xù)微轉動，并且在調節(jié)范圍內(nèi)隔絕外界環(huán)境的振動干擾。

Littman結構和Littrow結構目前采用的是細牙螺紋調節(jié)裝置或彈簧調節(jié)裝置來調節(jié)光柵反饋角。細牙螺紋調節(jié)裝置，存在調整不均勻、螺紋配合容易因環(huán)境振動發(fā)生接觸滑移等問題，從而造成頻率漂移，導致激光跳模；彈簧調節(jié)裝置因結構限制，導致整體的固有頻率較低，易與外界擾動形成共振，造成頻率的無規(guī)律跳動，非常不利于頻率的同步調諧。

技術實現(xiàn)要素：

為實現(xiàn)外腔式半導體激光器的輸出波長或輸出頻率的連續(xù)調諧，并且保證在調節(jié)范圍內(nèi)不受外界環(huán)境的振動干擾，保持光路穩(wěn)定，本實用新型提出了一種帶有鉸鏈結構的光柵角度調節(jié)裝置。

本實用新型的技術方案是：

一種帶有鉸鏈結構的光柵角度調節(jié)裝置，包括調節(jié)基座和安裝在調節(jié)基座內(nèi)的調節(jié)腔；所述調節(jié)裝置的側壁上設置有一個入口和一個出口，入口和出口相連通；其特殊之處在于：所述調節(jié)腔內(nèi)固定安裝有光柵和平面反射鏡；所述光柵用于接收從所述入口進入調節(jié)腔的光束；所述平面反射鏡用于接收所述光柵的一級衍射光；所述平面反射鏡的反射光束從所述出口出射；所述調節(jié)基座內(nèi)安裝有壓電陶瓷，所述壓電陶瓷的壓力作用方向垂直于所述平面反射鏡或光柵反射面；所述調節(jié)腔和調節(jié)基座為一體件，調節(jié)腔和調節(jié)基座之間設置有鉸鏈結構；所述鉸鏈結構與壓電陶瓷的壓緊端接觸；所述鉸鏈結構包括設置在調節(jié)腔和調節(jié)基座之間的五個獨立不相接的鉸鏈槽，這五個鉸鏈槽形成六邊形，并且相鄰兩個鉸鏈槽之間形成一個薄壁結構，所述薄壁結構即為鉸鏈；所述六邊形中有一組對邊與所述壓電陶瓷壓力作用方向垂直，六邊形的一個頂點作為所述調節(jié)腔的旋轉中心；在壓電陶瓷驅動作用下，所述鉸鏈產(chǎn)生形變使得調節(jié)腔相對調節(jié)基座旋轉一定角度。

上述薄壁結構厚度為0.5～2mm，長度為5～20mm；薄壁結構距離調節(jié)腔的最小距離0.2～2mm；所述壓電陶瓷的行程0～15μm。

上述調節(jié)腔的一階固有頻率為2000Hz～5000Hz。

上述調節(jié)裝置還包括載體和粗調裝置；所述調節(jié)基座外部為圓柱形，調節(jié)基座設置在所述載體內(nèi)；所述粗調裝置包括設置在載體上的多個徑向鎖緊螺釘、1個周向調節(jié)螺釘和1個周向鎖緊螺釘；所述多個徑向鎖緊螺釘沿調節(jié)基座的圓周均布，其軸向均與所述調節(jié)基座的徑向重合，并且其中1個徑向鎖緊螺釘?shù)妮S向與所述壓電陶瓷壓力垂直；所述周向調節(jié)螺釘和周向鎖緊螺釘呈90度布置，并且其軸向均與所述調節(jié)基座的圓周相切。

上述調節(jié)裝置還包括固定安裝在載體上端的壓蓋。

上述入口和出口處均通過壓圈固定有密封鏡，密封鏡處采用環(huán)氧樹脂膠密封；所述密封鏡的雙面均鍍有高透膜。

上述壓電陶瓷的控制線路通過絕緣密封墊從所述調節(jié)腔內(nèi)引出；所述絕緣密封墊和調節(jié)腔之間采用環(huán)氧樹脂膠密封。

上述調節(jié)腔、調節(jié)基座和鉸鏈結構三者的材料相同。

上述調節(jié)腔的材料為7075合金鋁。

上述調節(jié)螺釘可由細牙手輪替代。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型的光柵角度調節(jié)裝置的調節(jié)腔和調節(jié)基座之間設置有鉸鏈，采用壓電陶瓷激勵，使得調節(jié)腔相對于調節(jié)基座產(chǎn)生連續(xù)穩(wěn)定地微偏轉，實現(xiàn)激光調節(jié)腔內(nèi)激光束的頻率或波長的連續(xù)調諧；由于偏轉時調節(jié)腔僅發(fā)生剛體位移(即調節(jié)腔作為一個整體偏轉，調節(jié)腔不產(chǎn)生彈性形變)，保證了光柵和平面鏡反射的相對位置，確保了光路的穩(wěn)定性。

2、本實用新型的調節(jié)腔和調節(jié)基座為一體件，在調節(jié)腔和調節(jié)基座之間加工有5條獨立不相接的鉸鏈槽，相鄰兩個鉸鏈槽之間形成一小段薄壁結構(該薄壁相當于鉸鏈)，在壓電陶瓷的作用下，窄帶短壁結構發(fā)生彈性變形，使得調節(jié)腔整體相對于調節(jié)基座微偏轉(薄壁結構越薄，調節(jié)腔微偏轉所需的力就越小)；由于微偏轉的調節(jié)腔和調節(jié)基座間直接相連，沒有摩擦作用力，故光柵角度調節(jié)裝置調節(jié)時動態(tài)響應迅速，具有良好的結構穩(wěn)定性。本實用新型這種特殊設計的鉸鏈結構，能夠保證調節(jié)的方向和調節(jié)的幅度(可通過控制窄帶薄壁的長度和厚度來控制調節(jié)的幅度)，同時也兼顧光柵角度調節(jié)裝置的結構穩(wěn)定。

3、本實用新型每個鉸鏈的厚度為0.5～2mm，長度為5～20mm，使得調節(jié)腔的一階固有頻率最高能夠達到2000Hz～5000Hz，保證了壓電陶瓷的壓力輸入與調節(jié)腔偏轉角度的常數(shù)穩(wěn)定性，進一步避免了環(huán)境擾動引起的參數(shù)漂移。

4、本實用新型通過對壓電陶瓷進行控制實現(xiàn)激光調節(jié)腔內(nèi)激光束的頻率或波長的連續(xù)調諧，操作簡易方便，功能獨立，且壓電陶瓷易于被嵌入。

附圖說明

圖1為本實用新型的實施場合示意圖。

圖2示為本實用新型關鍵零件調節(jié)腔的俯視圖；

圖3為本實用新型的內(nèi)部結構圖示意圖；

圖4為本實用新型的分解圖；

圖5為本實用新型的壓蓋的平面圖；

圖6為本實用新型的剖面軸測圖；

具體實施方式

圖1示出了本實用新型的一個實施場合。半導體激光器將激光光束打到光柵表面，光柵的一級衍射光經(jīng)平面反射鏡反射至激光器內(nèi)。衍射光的頻率與光柵至激光器的距離有關。同步調諧方法就是指同時調節(jié)激光器激光束頻率和光柵角度，使得光柵衍射光的頻率與激光器束頻率相同，產(chǎn)生共振。

圖2所示，本實用新型的調節(jié)腔1和調節(jié)基座3為一體件，通過線切割加工五條鉸鏈槽，這五條鉸鏈槽獨立不相接并形成六邊形，且相鄰兩個鉸鏈槽之間有一段重疊形成一個薄壁結構，該薄壁結構即為鉸鏈，如圖2中所示鉸鏈4、鉸鏈5，鉸鏈6和鉸鏈7，其中，鉸鏈4由鉸鏈槽8和鉸鏈槽9相鄰形成，鉸鏈5由鉸鏈槽9和鉸鏈槽10相鄰形成，鉸鏈6由鉸鏈槽10和鉸鏈槽11相鄰形成，鉸鏈7由鉸鏈槽11和鉸鏈槽12相鄰形成；鉸鏈4始于鉸鏈槽9的端點m，終于鉸鏈槽8的端點n，其它鉸鏈同理；工作時，調節(jié)腔1圍繞旋轉中心2進行剛體微偏轉。

如圖3所示，調節(jié)腔和調節(jié)基座整體為中空圓柱結構，安裝在載體13上，載體13上設置有4個均布的徑向細牙鎖緊螺釘21，相互呈90度布置的1個周向細牙鎖緊螺釘19和1個周向細牙調節(jié)螺釘20；4個徑向細牙鎖緊螺釘21的軸線與調節(jié)基座3的徑向重合；周向細牙鎖緊螺釘19和周向細牙調節(jié)螺釘20的軸線均與調節(jié)基座3的圓周相切。

調節(jié)裝置入口和調節(jié)裝置出口處均采用密封鏡15(雙面均鍍有高透膜)密封，并用壓圈14壓緊，密封鏡15四周涂抹環(huán)氧樹脂密封。

平面反射鏡16和光柵17安裝在調節(jié)腔1內(nèi)，壓電陶瓷18安裝在調節(jié)基座內(nèi)(基座內(nèi)預留有壓電陶瓷的嵌入空間)，壓電陶瓷18的一端與鉸鏈相接觸，另一端與調節(jié)基座內(nèi)壁相接觸。壓電陶瓷18的控制線通過絕緣密封墊22從引出通道a處引出，并對引出通道a四周用航空環(huán)氧樹脂密封。

圖3中d是激光器的出射光束(進入調節(jié)腔的光束)，c是光柵的一級衍射光束，b是經(jīng)平面鏡反射之后的出射光束。

圖4所示為本實用新型的分解圖，壓蓋23通過螺釘24安裝在載體13上對調節(jié)腔1和調節(jié)基座3進行軸向壓緊。

圖5所示為本實用新型壓蓋的示意圖，壓蓋的下端面上有三個圓周均布的凸臺，通過其對調節(jié)基座進行接觸壓緊。

本實用新型所提供的光柵角度調節(jié)裝置在使用時，可以先通過粗調裝置進行粗調，粗調完后再通過壓電陶瓷進行精調，以提高調節(jié)效率。具體為：

(1)粗調：

通過周向細牙調節(jié)螺釘調節(jié)調節(jié)腔的位置，同步調節(jié)激光束的頻率，調整到合適的頻率后，利用1個周向鎖緊螺釘和4個徑向鎖緊螺釘將調節(jié)腔鎖死，粗調階段完成。

(2)精調：

同步控制激光束頻率和壓電陶瓷電壓，緩慢調節(jié)，直至衍射光的頻率和激光光束的頻率調諧成功。