空间滤波器的调试装置和调试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空间滤波器，特别是一种空间滤波器的调试装置和调试方法。
【背景技术】
[0002] 空间滤波器是激光装置中的核心光学系统。它用于抑制非线性效应，提高系统安 全运行通量，对高频信息进行滤波截止，保护激光工作介质。通常情况下，激光装置中都有 大量且不同口径的空间滤波器，空间滤波器的性能及其调试对于装置的研制和后期运行是 至关重要；空间滤波器的核心光学元件为具备不同口径和焦距的输入和输出光学凸透镜， 因此空间滤波器的性能主要取决于其输入和输出凸透镜的精密调试和定位安装。
[0003] 目前光学加工技术水平，透镜焦距加工普遍存在1%。?5%。的误差。为了降低该误 差对空间滤波器在线调试和安装带来的不利影响，通常条件下，空间滤波器的调试安装采 用在大气环境下利用刀口法找出输入凸透镜的焦点，再调节输出透镜的位置，实现输入和 输出凸透镜在大气条件下具备共焦和共轴特征，然后根据大气和真空中不同的折射率计算 出真空管道处于真空状态时两个透镜的具体位置，从而完成空间滤波器的调试安装。但这 种调试方法难于保证在空间滤波器真空管道腔内为真空条件下和在激光装置中应用时，输 入和输出透镜具备良好的共焦共轴特征，进而对激光装置的工程研制和后期安全运行带来 极大的风险。
[0004] 因此，需要研制适用于激光驱动器且行之有效的空间滤波器调试装置及其方法， 以实现空间滤波器精密调试并同时简化其在线装校方式，最终提升激光系统输出光束质量 和安全运行能力。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服上述空间滤波器在大气环境下进行调试的不足，提出一种在 真空条件下运行的空间滤波器的调试装置和调试方法，该装置和方法具备结构简单，调整 方便，调试精度高等特点，并可利用测量过程中产生的横向剪切干涉条纹对空间滤波器的 光学质量进行评估，为空间滤波器在激光驱动器在线使用提供有价值的检测数据。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
[0007] -种空间滤波器的调试装置，其特点在于：该装置包括光纤点光源，沿该光纤点 光源激光输出方向依次是准直透镜、空间滤波器调整架及支撑平台、剪切干涉板、毛玻璃屏 和CCD，该CCD的输出端接实时图像采集计算机的输入端，所述的空间滤波器调整架及支撑 平台供待调整的空间滤波器置放和调整，待调整的空间滤波器通过真空波纹管与低温泵高 真空机组连接，所述的点光源是纤芯直径为5. 8ym光纤点光源，位于所述的准直透镜光轴 上的前焦点位置，光纤点光源与准直透镜固定在同一块光学平台上；所述的空间滤波器调 整架及支撑平台是由放置待调试的空间滤波器支撑台面和调节空间滤波器调整架组成，调 整架可在水平、竖直、偏摆和俯仰四维方向整体调节待测空间滤波器；所述的剪切干涉板为 45°放置的反射式的楔形玻璃板，前表面镀半透半反膜，后表面镀全反膜。
[0008] 利用上述空间滤波器的调试装置对空间滤波器的调整方法，该方法包括下列步 骤：
[0009] ①精细调节光纤点光源，使光纤点光源位于所述的准直透镜的前焦点，光纤点光 源的发散激光光束经过准直透镜后准直产生高质量近似平面波的平行激光光束，随后固定 光纤点光源和高质量准直透镜在同一光学平台台面；光纤点光源纤芯直径小于高质量准直 透镜的远场焦斑的一倍衍射极限；
[0010] ②将待调整的空间滤波器安放在空间滤波器调整架上，精细调节空间滤波器的调 整架保证光纤点光源和高质量准直透镜组成高质量平行光源顺利通过空间滤波器的输入 机械盖板法兰和输出机械盖板法兰中心轴线处的通光小孔和空间滤波器内部的滤波小孔， 以实现空间滤波器与高质量平行光源同轴；
[0011] ③拆除待调整的空间滤波器的输入机械盖板法兰和输出机械盖板法兰，所述的高 质量平行光源输出的高质量近似平面波的平行光源穿过待调整的空间滤波器后入射剪切 干涉板，在毛玻璃屏上观察到剪切干涉板前后表面形成剪切干涉条纹，通过C⑶和实时图 像采集计算机采集剪切干涉条纹的图样，其干涉条纹与剪切干涉板的标准基线呈现平行状 态；
[0012] ④将待调整的空间滤波器的输入透镜重新安装到待调整的空间滤波器的入口，调 试输入透镜的偏摆和俯仰角度，保证输入透镜的光轴与平行光源光轴重合；调试空间滤波 器输入透镜保证入射的高质量平行光源聚焦形成的远场焦斑位于空间滤波器的滤波小孔 中心，通过CCD和实时图像采集计算机观测到毛玻璃屏上的剪切干涉条纹呈现发散状态；
[0013] ⑤将待调整的空间滤波器的输出透镜重新安装到空间滤波器的出口，同样调试输 出透镜的偏摆和俯仰，保证透镜光轴与平行光源光轴重合；高质量平行光源经空间滤波器 输入透镜和输出透镜后出射光束入射剪切干涉板，通过CCD和实时图像采集计算机观测到 毛玻璃屏上的剪切干涉条纹呈现发散或汇聚状态；
[0014] ⑥所述的空间滤波器通过真空波纹管与低温泵高真空机组连接，低温泵高真空机 组由低温泵和前级真空机组组成，空间滤波器首先通过前级真空机组抽气达至低真空，再 通过低温泵达到并可保持空间滤波器高真空状态。开启所述的空间滤波器真空机组，待管 道内真空度达到高真空要求时，通过空间滤波器的输入透镜和输出透镜的调节，在光轴方 向精细调节输入透镜和输出透镜，并同时观察毛玻璃屏上的剪切干涉条纹图样的变化：
[0015] 当毛玻璃屏干涉条纹呈现发散特征时，调节空间滤波器输入透镜和输出透镜向远 离空间滤波器小孔方向的移动；
[0016] 当剪切干涉条纹在毛玻璃屏呈现汇聚特征时，调节空间滤波器输入透镜和输出透 镜向靠近空间滤波器小孔方向的移动；
[0017] 当剪切干涉条纹呈现平行波光束特征，即与所述的剪切干涉板的基线平行时，说 明高质量近似平面波平行光源经待调整的空间滤波器后依然输出高质量近似平面波的平 行光束；此时锁紧和固定空间滤波器的输入透镜和输出透镜的方位和轴向调节机构，完成 整个空间滤波器的安装和调试。
[0018] 本发明可广泛应用到激光装置在线空间滤波器的精密调试，具有设备简单、精度 测量高、干涉图样直观等特点。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明空间滤波器的调试装置示意图；
[0020] 图2为C⑶中观测到的光束经过空间滤波器后剪切干涉条纹示意图；
[0021]图中左图条纹沿斜上方向倾斜，光束具有发散特征；中间图形条纹与基准线平行， 光束是平行光束；右图条纹沿斜下方向倾斜，光束具有会聚特征。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0023] 实施例1 :
[0024] 一种空间滤波器的调试装置，其特征在于：该装置由光纤点光源1、高质量准直透 镜2、空间滤波器调整架及支撑平台3、剪切干涉板4、毛玻璃屏5、CCD6、实时图像采集计算 机7和空间滤波器8组成；
[0025] 所述的点光源1是纤芯直径为5. 8ym光纤点光源，它位于准直透镜2光轴上的前 焦点位置，光纤点光源发散高斯光束经准直透镜2准直后输出高质量近似平面波的平行光 束，光纤点光源1与准直透镜2固定在同一块光学平台上；
[0026] 所述的空间滤波器调整架及支撑平台3是由放置待调试的空间滤波器的支撑台 面和调节空间滤波器调整架组成，调整架可在水平，竖直，偏摆和俯仰四维方向调整待调节 空间滤波器。
[0027] 所述的剪切干涉板4为45°放置反射式的楔形玻璃板，前表面镀半透半反膜，后 表面镀全反膜。通过CCD6和和实时图像采集计算机7可实时观测剪切干涉板前后表面的 反射光束在毛玻璃屏5形成的干涉条纹及其变化；
[0028] 沿所述的光纤点光源2输出的光束方向依次是所述的准直透镜2、空间滤波器调 整架及支撑平台3、剪切干涉板4、毛玻璃屏5、CCD6和实时图像采集计算机7;
[0029] 利用上述装置调节空间滤波器时，可同时观察所述剪切干涉板在毛玻璃屏上形成 的干涉条纹及其变化，当干涉条纹和毛玻璃屏基准标线相一致时，即完成空间滤波器的调 试并同时可对其的光学质量评估和检测；
[0030] 所述的空间滤波器8通过真空波纹管与低温泵高真空机组9连接，低温泵高真空 机组9由低温泵和前级真空机组组成.
[0031] 本发明空间滤波器的调试方法，该方法包括下列步骤：
[0032] ①精细调节光纤点光源1，使其位于高质量准直透镜2的前焦点，光纤点光源1的 发散激光光束经过准直透镜2后准直产生高质量近似平面波的平行激光光束，随后固定光 纤点光源1和高质量准直透镜2于同一光学平台台面；光纤点光源1纤芯直