一种基于压电陶瓷的用于射频板条CO2激光器的整形光路自适应调节装置的制作方法

本发明属于射频板条co2激光器领域，更具体地，涉及一种基于压电陶瓷的用于射频板条co2激光器的整形光路自适应调节装置。

背景技术：

1、射频激励的板条co2激光器由于其结构紧凑、效率高、质量好的激光输出光束等优点,在激光加工与制造等领域得到广泛应用，如精密切割、激光打标、激光焊接等。此外，射频板条co2激光器凭借其射频放大注入功率密度高，增益大，波导结构的多程反射能够实现较大倍率的激光放大的优势，被采用为euv系统中的种子光预放大器，荷兰asml和日本gigaphoton公司均采用的是这种技术路线。射频板条co2激光器的主要技术难点为：光学谐振腔技术(非稳-波导混合腔)、光束整形技术、射频激光电源技术以及双电极结构板条技术。其中谐振腔、射频电源和板条电极结构决定了整体输出功率的高低，而光束整形技术则直接决定了射频板条co2激光器输出光束的质量。在实际应用中，射频板条co2激光器的光束整形光路调节一直是一项具有挑战性的任务。

2、传统的整形光路调节方法主要依赖于手动调整各光学元器件的位置，以达到所需的光束形状和质量。这种方式存在着几个问题：(1)繁琐且耗时：手动调整需要经验丰富的技术人员花费大量时间来优化整形光路，导致生产效率低下。(2)受限于人工干预：由于人工操作的依赖，整形光路的调整精度受到限制，难以实现精细微调。不同工况下的最佳调节状态也有所差异，手动调节很难满足这一需求。(3)不适应动态环境：在实际应用中，激光器工作环境可能会受到温度、湿度等因素的影响，需要对整形光路进行动态调整，手动操作难以满足这种需求。且激光器在高功率连续运转过程中，谐振腔腔镜由于热效应发生形变，导致输出光束的特性发生改变，此时外整形光路的参数便偏离了最佳整形状态，无法通过实时补偿与修正来实现最佳整形光束输出。

技术实现思路

1、针对现有激光器整形光路调节技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于压电陶瓷的用于射频板条co2激光器的整形光路自适应调节装置，其目的在于实时保证射频板条co2激光器输出光束的质量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于压电陶瓷的用于射频板条co2激光器的整形光路自适应调节装置，所述射频板条co2激光器包括尾镜、平板电极和输出镜，所述尾镜、平板电极和输出镜构成谐振腔，用于实现光子在谐振腔内的振荡，并输出激光；整形光路自适应调节装置包括光束压缩单元、空间滤波器、整形单元、压电陶瓷组件以及压电陶瓷控制器；从谐振腔输出的激光依次经过光束压缩单元对输出光束的非稳方向进行压缩后，再依次经过空间滤波器和整形单元，实现滤波和整形；

3、所述压电陶瓷组件包括第一压电陶瓷和第三压电陶瓷，所述第一压电陶瓷设置在光束压缩单元上，通过伸缩改变光束压缩单元的倾斜程度，所述第三压电陶瓷设置在整形单元上，通过伸缩改变整形单元在垂直光束传播方向平面内的位置；

4、所述压电陶瓷组件与压电陶瓷控制器之间通过电缆线连接，压电陶瓷控制器通过实时监测最终输出光束的光束质量及光斑模式特性控制压电陶瓷组件的伸缩，实时调节光束压缩单元和整形单元的空间位置。

5、进一步地，空间滤波器影响最终输出光束的功率，而光束质量及光斑模式特性则受到光束压缩单元和整形单元的影响。由于上述整形光路各光学元器件对位移敏感度较高，因此压电陶瓷组件所能提供的位移量满足调节范围需求。

6、优选地，所述光束压缩单元为柱面镜。

7、优选地，所述光束压缩单元为柱面反射镜。

8、优选地，整形光路自适应调节装置还包括平面反射镜，设置在柱面反射镜后方，用以改变光路，使得光束传播方向与从射频板条co2激光器的谐振腔输出的激光的光束传播方向发生180度翻转。

9、优选地，整形光路自适应调节装置还包括第二压电陶瓷，所述第二压电陶瓷设置在平面反射镜上，通过伸缩改变平面反射镜的倾斜程度，所述第二压电陶瓷与压电陶瓷控制器相连，压电陶瓷控制器通过实时监测最终输出光束的光束质量及光斑模式特性控制第二压电陶瓷的伸缩，实时调节平面反射镜的空间位置。

10、优选地，所述整形单元的迎光面为柱面镜用于使得非稳方向和波导方向上输出光束的发散角相等；所述整形单元的出光面为球面镜，用于对光束进行准直，对非稳方向和波导方向的发散角同时进行压缩，得到整形后的输出光束。

11、优选地，输出光束中的大部分能量用于输出，少部分能量作为检测光，用来监测激光器整体输出功率及光斑模式，经co2激光监控模块对最终输出光束的功率、模式、形状进行检测，分析处理后向整形光路中所需调节光学元器件处的压电陶瓷发出调控指令，使得整形光路光学器件至最佳姿态或最佳位置，进一步得到最佳整形效果，提升光束质量。

12、优选地，本发明中所用压电陶瓷组件可以调节整形光路光学器件的空间姿态或空间位置。具体来说，只需要通过第一、第三压电陶瓷调节柱面反射镜、平面反射镜上下左右的倾斜程度；通过第三压电陶瓷调节整形透镜在xy平面内的位置(规定沿光束传播方向为z轴正半轴)。

13、作为本发明的进一步优选，不同功率、不同使用场景对应的射频板条co2激光器的整形光路构造不完全一致，具体的整形透镜曲率、直径等参数也会随着谐振腔参数的变化而发生改变。本发明所列举的整形光路为中低输出功率范围的射频板条co2激光器所对应的整形光路结构，并在必要的光学元件上添加了压电陶瓷用以调控光学器件空间姿态。但这种方法及思路并不仅仅局限于此功率范围的射频板条co2激光器，其调控方法及结构适用于类似的需要调节各光学器件空间位置的整形光路。

14、作为本发明的进一步优选，本发明所列举的调控激光器整形光路光学器件的模块为压电陶瓷，调控该光学元件进行一定程度的偏转或位移。实际调控光学器件的方式不仅仅局限一维、二维的空间调控，也可以是三维空间调控，这种结构成本会更高。

15、作为本发明的进一步优选，谐振腔输出光束经过整形光路整形后，最后光束传播方向应该是平行于外光路几何光轴的，也就是说整形光路最后的光学器件中心应该是同轴的。

16、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

17、有益效果：

18、1、本发明提出的一种基于压电陶瓷的用于射频板条co2激光器的整形光路自适应调节装置中，使用压电陶瓷来调节激光器外整形光路中部分光学器件在垂直光束传播方向的位置，借助压电陶瓷高精度、高刚性、高响应度、小体积、低能耗和结构简单的优点，将其应用于射频板条co2激光器整形光路光学元器件空间位置的自适应调节，通过监测最终输出光束的光束质量及光斑模式特性来发送调节信号，实时调节光学器件空间位置，使得整形光路整体处于最佳整形状态，实现激光器整形光路结构最优化，规避人工调节存在的局限及误差，来从而提高射频板条co2激光器输出光束质量以及光束模式稳定性。

19、2、本发明提出的技术方案能够在激光器工作过程中，实时监控输出光束的功率、光斑形状、模式等特性参数，实时调整压电陶瓷的电压参数，进而调控外整形光路柱面反射镜、平面反射镜、整形透镜的位置，将输出光束控制在最佳状态，提升整形光路的调整精度，减少对人工调节的需求，从而保证加工过程中的加工质量与效率，同时提升输出光束的功率稳定性和模式稳定性。