本技术提供了一种激光反射系统加工余量优化方法,该方法通过几何约束求解技术,有效解决了传统人工经验依赖的问题,提高了加工精度和效率。
背景技术
激光系统通常具有复杂且较长的光路,一些特殊的多程放大激光系统的光程超过百米,激光沿光路依次从光路上的各光学元器件中通过(发生折射)或被其反射,因此,激光经过各光学元器件后的传播方向的准确性对于激光系统具有极其重要的意义。一旦激光经过其中某个光学元器件后的传播方向误差过大,最终激光系统参数很有可能无法达到设计指标,甚至无法出光;反射元器件则更为敏感,因为出射角度的改变值为反射面角度改变值的二倍,一旦某个反射元器件反射光路发生偏差,经过后续更多反射元器件的反射后,光路的偏差会呈指数级别迅速增长,因此反射元器件的加工精度、安装精度对于整个激光系统至关重要。
激光系统中反射元器件一般放置在光学调整架或光学镜架上,其中光学镜架又分为可以多向调节的可调整镜架和不可调节的固定式镜架。光学调整架和可调整镜架可以实现激光光路的细微精确调整,使用方便快捷,适用于激光实验,可以快速地将光斑调整至光斑目标点。但是,光学调整架和可调整镜架的稳定性不佳,在实际使用中光斑存在高频抖动,并且由于可调整结构材料应力释放及其他外部因素,其会发生轻微形变,以致光斑会发生漂移,这对于一个需要长期稳定工作的激光系统是无法接受的。固定式镜架角度不可调节,能够很好地保持光路反射的稳定性,但是无法直接实现激光系统多个精确角度的反射。要进行角度调整,需要更换不同的垫片,并且其主要是依靠手动装配和调整,虽然操作简便,但精确性不足;目前也有提出手动修磨的方案,但修磨力和修磨余量都难以控制。
高能量激光器中的核心元器件包括多通泵浦在内的许多部件,存在多重反射结构,由于加工精度、装配精度的要求,在实际装校时需要设置许多具有高稳定性、高可靠性的安装面及定位基准,这些都需要极高精度修磨校准,从而保证光学元器件的安装位置及角度姿态。
参见图1,以反射元器件3是反射棱镜为例,考虑激光反射系统中一组反射棱镜的反射模型,反射棱镜的反射面31一般具备优异的面型精度,但受加工工艺的影响,其安装面与反射面31之间的形位公差一般较大,且无法再进行加工,所以通常是将反射棱镜粘接在一个独立设计的底座2上,该底座2通常优选地为金属底座,通过该底座2将反射棱镜安装在固定板1上,激光的入射光线5经过反射棱镜的反射面31反射后,其反射光线6经过反射光线接收面4上的光斑目标点,在光斑目标点处形成光斑。当反射光线6没有经过光斑目标点时,即如图1所示,在反射光线接收面4上形成调整前的光斑7,这时需要对反射棱镜的底座2进行修磨和位置调整,以使激光的入射光线5经过底座2修磨和位置调整后的反射棱镜的反射面31反射后,其反射光线6经过光斑目标点,以下称此为光斑约束。对于底座2的修磨和位置调整,现有技术一般通过人工经验进行修磨和位置调整,但是其结果难以量化和控制、修磨具有反复性、底座2具有报废风险、难以保证激光经过底座2修磨和位置调整后的反射棱镜反射后,满足光斑约束。
综上所述,亟需研发一种能够量化和可控地对激光反射系统中反射元器件的底座进行加工和位置调整的加工及装校方法,以使激光经该反射元器件反射后能够满足光斑约束。
实现思路