阅读说明：本技术 一种光束偏转稳定系统 (Light beam deflection stabilizing system ) 是由 李涛 李国强 于 2020-05-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种光束偏转稳定系统,包括波前快速调节镜,位置敏感元件,信号处理系统,激光分束器,所述波前快速调节镜构成光束偏转稳定系统的核心空间的第一空间,所述位置敏感元件位于核心空间的第二空间,第二空间中的光强为第一空间的光强的50％,所述波前快速调节镜由信号处理系统控制,所述信号处理系统向波前快速调节镜系统发送相位控制信号,该信号引导波前快速调节镜对激光束进行幅度调制,该信号处理系统接收来自位置敏感元件的信号。本发明的光束偏转稳定系统可以在现有器件装置的基础上,实现光束的调整,达到对激光光束稳定性的要求。(The invention discloses a light beam deflection stabilizing system which comprises a wave front quick adjusting mirror, a position sensitive element, a signal processing system and a laser beam splitter, wherein the wave front quick adjusting mirror forms a first space of a core space of the light beam deflection stabilizing system, the position sensitive element is positioned in a second space of the core space, the light intensity in the second space is 50% of the light intensity of the first space, the wave front quick adjusting mirror is controlled by the signal processing system, the signal processing system sends a phase control signal to the wave front quick adjusting mirror system, the signal guides the wave front quick adjusting mirror to carry out amplitude modulation on laser beams, and the signal processing system receives signals from the position sensitive element. The light beam deflection stabilizing system can realize the adjustment of light beams on the basis of the existing device and achieve the requirement on the stability of laser beams.)

一种光束偏转稳定系统

技术领域

本发明涉及一种光束偏转稳定系统。

背景技术

激光曾被视为神秘之光，并已被人类广泛使用。近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的激光-飞秒激光，飞秒(femtosecond)也叫毫微微秒，简称fs，是标衡时间长短的一种计量单位，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。飞秒激光在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大，已有所应用，科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产生发挥重要作用。

随着激光辅助加工及微纳制造技术的飞速发展，以军工、航空航天行业为代表的先进制造技术不断向小型化、高精度化方向发展，对激光系统各项指标、微纳零件制备平台等方面的整体精度指标提出了更高的要求。为完成高精度装备功能微纳结构制造难题及其所需配套设备的研制，需要提高对装备的精度的要求。

在加工过程中，光束的不稳定性主要来自于以下几方面：

(1)、在激光器系统中，即使是非常微小的抖动/振动都会导致聚焦不精准，进而影响系统的整体性能。此外，光学系统还非常容易受到外界环境中各种动态干扰的影响

(2)、在激光传输过程中，由于各种原因引起的振动会影响光束指向的稳定性，降低指向精度。在激光精细加工中对激光稳定性要求极高，比如要求激光偏转角度不能大于500nrad，这在一般应用中是很难达到的。

因此，在激光精密加工过程中，需要对激光偏转进行精确控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光束偏转稳定系统，以达到可以对激光光束进行偏转精确控制的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种光束偏转稳定系统，包括波前快速调节镜，位置敏感元件，信号处理系统，激光分束器，所述波前快速调节镜构成光束偏转稳定系统的核心空间的第一空间，所述位置敏感元件位于核心空间的第二空间，第二空间中的光强为第一空间的光强的50％，所述波前快速调节镜由信号处理系统控制，所述信号处理系统向波前快速调节镜系统发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜对激光束进行幅度调制，该信号处理系统接收来自位置敏感元件的信号。

上述方案中，所述位置敏感元件具有三维凹曲面结构，该三维凹曲面由以下公式描述：

其中，x为三维凹曲面在坐标轴横轴的分布，y为三维凹曲面在坐标轴纵轴的分布，z为三维凹曲面在坐标轴z轴的分布，a、b、c为分布系数。

上述方案中，所述位置敏感元件检测光束偏转幅度，幅度信号传输到信号处理系统。

上述方案中，所述激光分束器位于位置敏感元件和波前快速调节镜之间，所述波前快速调节镜靠近光源设置。

上述方案中，所述相位控制信号幅度计算公式为：

其中，θ_n为第n时刻相位控制信号幅度，θ_n-1为第n-1时刻相位控制信号幅度，α_n-1为第n-1时刻波前快速调节镜轴向夹角，x₁、x₂、x₃为比例系数，μ和v为误差。

通过上述技术方案，本发明提供的光束偏转稳定系统通过位置敏感元件检测光斑位置信息，并将位置信息传输给信号处理系统，信号处理系统向波前快速调节镜发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜对激光束进行幅度调制，调制后的激光束经激光分束器后分束输出。本发明的光束偏转稳定系统组成简单，可以在现有器件装置的基础上，实现光束的调整，达到对激光光束稳定性的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种光束偏转稳定系统组成示意图。

图中，1、波前快速调节镜；2、位置敏感元件；3、信号处理系统；4、激光分束器；5、光源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种光束偏转稳定系统，如图1所示，该系统包括波前快速调节镜1，位置敏感元件2，信号处理系统3，激光分束器4，波前快速调节镜1构成光束偏转稳定系统的核心空间的第一空间，位置敏感元件2位于核心空间的第二空间，第二空间中的光强为第一空间的光强的50％，波前快速调节镜1由信号处理系统3控制，信号处理系统3向波前快速调节镜1系统发送相位控制信号，该信号引导波前快速调节镜1对激光束进行幅度调制，该信号处理系统3接收来自位置敏感元件2的信号。

位置敏感元件2具有三维凹曲面结构，该三维凹曲面由以下公式描述：

其中，x为三维凹曲面在坐标轴横轴的分布，y为三维凹曲面在坐标轴纵轴的分布，z为三维凹曲面在坐标轴z轴的分布，a、b、c为分布系数。

位置敏感元件2检测光束偏转幅度，幅度信号传输到信号处理系统3。

激光分束器4位于位置敏感元件2和波前快速调节镜1之间，波前快速调节镜1靠近光源5(飞秒激光器)设置。

相位控制信号幅度计算公式为：

其中，θ_n为第n时刻相位控制信号幅度，θ_n-1为第n-1时刻相位控制信号幅度，α_n-1为第n-1时刻波前快速调节镜1轴向夹角，x₁、x₂、x₃为比例系数，μ和v为误差。

整个光束偏转稳定系统可以动作在各种波长波段，如1030nm波段。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。