一种光栅俯仰角度定心微调装置的制作方法

1.本发明属于半导体技术领域，涉及外腔式的可调谐激光光源中光栅俯仰角度定心微调装置。


背景技术：

2.随着科学和技术的发展，对半导体激光光源的要求也越来越高, 不但要求激光有窄线宽, 而且还要求激光的波长在较大范围内连续可调。外腔式的可调谐激光光源为实现大连续调谐范围提供了一种可能的途径。它的原理是利用连续改变外腔的腔长从而连续改变激光的波长。但是一般情况下，波长在调谐时会出现跳模现象, 限制了波长的连续可调谐范围。如何获得大范围的连续可调谐范围是外腔设计的核心问题之一。
3.外腔式的可调谐激光光源要求具有大波长范围连续无跳模，要求转动器件转动轴线与光路平面的垂直度小于0.01
゜
，如图1，对光路零件的加工和装调精度要求极高。
4.外腔式的可调谐激光光源主要由半导体激光器、光栅和反射镜构成。反射镜为转动器件，在转动中心已确定的情况下，可以通过调节光栅的俯仰角度来减小光路平面与转动中心的垂直度，减小零件加工误差带来的影响。
5.目前，现有光栅的装调手段主要为使用六维调节台将光栅夹持调节，调节完成后与光栅基座进行胶接。六维调节台包含一个三维调节平台、一个二维偏转调节平台和一个转动平台，三个平台堆叠安装，俯仰角度调节的转动中心与光栅面不重合。对光栅俯仰角度进行调节后，还需调节dx、dy等变量才能消除俯仰角度调节引起的光路腔长改变，如图2。
6.现有的装调方式主要有以下缺点：1) 调节装置成本高。由于调节精度高，对于六维调节台的运动精度要求高。部分敏感维度的调节需要使用高精度的差分调节杆配合压电促动器才能满足调节精度的需求；2) 调节效率低。调节时，需要先对六个维度进行粗调，待外腔光路产生震荡后，再根据仪器读数，对光栅进行微调。调节光栅俯仰角度后，还需要对另外多个维度进行调整，效率低，调节流程繁琐；3) 光栅胶接引起光栅位置改变。目前选用了uv胶作为胶结材料，在进行紫外固化过程中，产生的收缩应力会导致光栅位置的改变；4) 由于调节流程繁琐，对调节操作人员要求高，不适用于外腔的大批量生产。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种适用于外腔式的可调谐激光光源中光栅俯仰角度微调的装置，该装置结构简单，角度调节方便。
8.为了实现上述目的，本发明采用的技术手段是：一种光栅俯仰角度定心微调装置，包括调节支架、压电陶瓷；所述压电陶瓷竖直设置在所述调节支架内；所述调节支架的上部和下部之间设有柔性铰链结构；所述柔性铰链结构的转动中心与光栅平面、光路平面重合。
9.作为本发明的一种优选方式，所述调节支架内设有竖直布置的拉簧。
10.进一步优选地，所述调节支架的前侧面设有光栅固定窗口。
11.进一步优选地，所述光栅固定窗口的两侧设有应变片。
12.进一步优选地，所述光栅固定窗口内设有光栅定位面板。
13.进一步优选地，所述光栅固定窗口的上边缘设有周期性圆弧凹槽，所述周期性圆弧凹槽与光栅胶黏连接。
14.与现有技术相比，本发明有一下有益效果：（1）成本低：与现有技术相比，本装置材料成本降低90%以上；（2）调节效率高：光栅与调节支架胶接前不需要调节，仅需在本装置安装到外腔后通过压电陶瓷调节光栅俯仰角度一个变量；（3）安装完成后，不会产生胶接材料固化应力引起的光栅位置变化；（4）对操作人员要求低，仅需通过外部测量仪器观测外腔输出指标参数和应变片参数，确定合适的压电陶瓷电压即可完成调节。
附图说明
15.图1为可调谐激光光源结构原理图；图2为现有方式光栅俯仰角度调节前后示意图；图3为本发明实施例提供的光栅俯仰角度定心微调装置的正面视图；图4为本发明实施例提供的光栅俯仰角度定心微调装置的背面视图；图5为将光栅固定到本发明装置上的示意图；图6为本发明调节支架的转动中心与光栅平面及光路平面的相对位置示意图。
具体实施方式
16.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
17.本实施例提供的光栅俯仰角度定心微调装置，结构如图3、4所示，主要包括调节支架1，压电陶瓷2及拉簧3。
18.其中，调节支架1的后部设有凹槽4，压电陶瓷2设置在凹槽4内。压电陶瓷的两侧分别设有上下布置的拉簧3。
19.调节支架1在水平方向上设有柔性铰链结构7，该柔性铰链结构7将调节支架1分隔成相连的上、下两部分，当压电陶瓷2发生形变时，带动柔性铰链结构7发生一定的形变。柔性铰链结构7是一种转动运动结构，微小行程时，可以认为转动圆心是固定的。
20.调节支架1上部的前侧面设有光栅固定窗口6。
21.如图3所示，光栅固定窗口6的上边缘设有连续的周期性圆弧凹槽8。该周期性圆弧凹槽8用于固定光栅10。在相邻2个圆弧凹槽之间的连接平面涂胶，将光栅胶接固定，圆弧凹槽内不涂胶，不与光栅连接。此种胶接方式比连续一个平面涂胶，可靠性要高。光栅固定窗口6内部设有定位面板14，通过该定位面板可以使光栅准确定位，保证光栅平面与柔性铰链结构7的转动中心重合。
22.在光栅固定窗口6的左右两侧分别固定有应变片9。
23.本实施例的光栅俯仰角度定心微调装置，工作原理如下：如图5所示，将光栅10的上半部分与调节支架1上光栅固定窗口6的上边缘进行定位和胶接，光栅下半部分悬空在光栅固定窗口6内。对压电陶瓷2施加一定的电压，压电陶瓷2发生形变，从而带动调柔性铰链结构7发生弹性形变，进而带动光栅10以柔性铰链结构的转动中心为轴旋转，从而实现光栅俯仰角度的微调。同时，通过应变片9对光栅10的俯仰角度进行实时反馈。
24.拉簧3的作用是在压电陶瓷2发生形变时，提供弹力或回缩力，配合压电陶瓷，对光栅的俯仰角度进行微调。
25.如图6所示，本发明提供的光栅俯仰角度定心微调装置，由于调节支架1的转动中心11与光栅平面12及光路平面13重合，从而使光栅10在进行俯仰角度调节时，不改变光栅在光路中的位置，不会引起外腔光路腔长的变化。


技术特征：
1.一种光栅俯仰角度定心微调装置，其特征在于：包括调节支架、压电陶瓷；所述压电陶瓷竖直设置在所述调节支架内；所述调节支架的上部和下部之间设有柔性铰链结构；所述柔性铰链结构的转动中心与光栅平面、光路平面重合。2.根据权利要求1所述的光栅俯仰角度定心微调装置，其特征在于：所述调节支架内设有竖直布置的拉簧。3.根据权利要求1或2所述的光栅俯仰角度定心微调装置，其特征在于：所述调节支架的前侧面设有光栅固定窗口。4.根据权利要求3所述的光栅俯仰角度定心微调装置，其特征在于：所述光栅固定窗口的两侧设有应变片。5.根据权利要求3所述的光栅俯仰角度定心微调装置，其特征在于：所述光栅固定窗口内设有光栅定位面板。6.根据权利要求3所述的光栅俯仰角度定心微调装置，其特征在于：所述光栅固定窗口的上边缘设有周期性圆弧凹槽，所述周期性圆弧凹槽与光栅胶黏连接。

技术总结
本发明属于半导体技术领域，涉及外腔式的可调谐激光光源中光栅俯仰角度定心微调装置。一种光栅俯仰角度定心微调装置，包括调节支架、压电陶瓷；所述压电陶瓷竖直设置在所述调节支架内；所述调节支架的上部和下部之间设有柔性铰链结构；所述柔性铰链结构的转动中心与光栅平面、光路平面重合。本发明的装置，光栅平面、光路平面和柔性铰链的转动中心重合，从而使光栅在进行俯仰角度调节时，不改变光栅在光路中的位置，不会引起外腔光路腔长的变化。光栅与调节支架胶接前不需要调节，仅需在本装置安装到外腔后通过压电陶瓷调节光栅俯仰角度一个变量；对操作人员要求低，仅需通过外部测量仪器观测外腔输出指标参数，确定合适的压电陶瓷电压即可完成调节。陶瓷电压即可完成调节。陶瓷电压即可完成调节。


技术研发人员：郭裕聪 朱兴邦
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十一研究所
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2021/10/23