siskiyou IXF系列调整架应用案例--消除空运过程中的偏移

2024-12-20 11:30:11 48阅读次数

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作者 John Wingerd 2017年10月30日

Lee Laser(现在是Coherent的一部分）建立了一项成功的业务，以功率高达100瓦的灯泵浦和二极管泵浦(即DPSS)固态激光器为特色。在拥有多个低成本竞争对手的领域，Lee Laser作为具有“主力”可靠性的经济实惠的工业激光器供应商，能够有效的使其品牌脱颖而出。在公司被 Coherent 收购之前，Lee 看到他们的一些侧泵浦 DPSS 激光器在客户收到时无法按规格工作，导致品牌形象受到威胁。由于可靠性对他们的工业客户和 Lee 的市场领导地位很重要，因此该公司着手识别和根除这些故障的根源。

Lee Laser 的工程总监 Ed Miesak 解释说：“我们所有的激光器在出厂前都经过了大量的测试。由于这些主要用于工业应用，因此我们只使用不受振动变化影响的方法、材料和组件（例如，可锁定的安装座）。然后，我们将它们装在防爆包装中，并运送到世界各地的客户手中，其中相当一部分运往中国。大部分运输是通过空运进行的。

“问题是，设备有时以不完美的模式质量到达，并且一些设备还显示功率降低。然而，包装通常没有任何外部创伤的迹象，消除了粗暴的物理处理和掉落作为可能的原因。显然，我们的少量但相当数量的激光器在离开工厂和到达客户现场之间发生了一些事情”。

识别不稳定的热循环

通过仔细分析和消除过程，Lee Laser 的工程师确定了运输过程中不稳定的热循环是可能的罪魁祸首。例如，在冬日，激光器可能会在货机的货舱或卡车的冰冻温度下数小时。此外，板条箱可能会在其旅程的某个中间点被留在烈日下的柏油路面上。而且，这种可能的热量原因与主要发生在到达客户手中之前的错位问题完全一致，而不是长期使用。这是因为大多数工业过程都是在完全恒定的热条件下进行的，以便最大限度地提高过程的一致性。

但是，热循环是如何影响激光器性能的呢？不匹配的热膨胀是工程师们都知道的罪魁祸首，而不仅仅是在我们的行业。如果装配体包含由两种或多种具有不同热膨胀系数（CTE）的材料制造的元件，那么重复的温度循环会导致小的物理变化，其中一些变化会成为永久性的。

在运输过程中移位未对齐

模式质量下降和功率降低的症状表明，腔体光学元件在运输过程中移位不对齐。根据具体型号，最多有五个双轴可调和可锁定的支架，用于将腔镜和其他光学元件固定在激光头中。这些是弯曲型的，选择它是为了提供高机械稳定性而没有大量的成本，由领先的光子学元件供应商生产。然而，这些传统的两轴柔性铰链安装座由三个独立的板组成，使用螺钉或点焊连接到两个单独的弹簧上。事实证明，在这些支架中使用不同的金属意味着它们不能免受热循环的影响。

下一代整体式柔性铰链安装座的一个例子，带有集成的弹簧，全部由一块金属加工而成。Siskiyou IXF 系列的这个示例旨在用于分光镜应用，其开孔可适应大光束直径。

为了解决这个问题，Lee Laser 评估了下一代柔性丝锥安装类型 –Siskiyou Corporation 的 IXF。这些是单轴和双轴弯曲，其中整个零件由单块钢或铝加工而成。因此，整个镶座会随着温度的变化而均匀地膨胀或收缩。此外，这种整体结构还改善了通过整个支架的热传递。总之，这使得它们的锁定对准对环境温度变化相对不敏感。此外，这些支架还提供低矮的顶部调节选项，简化了它们在紧凑型固态激光头范围内的使用。

返回降为零

Lee Laser 转而使用这些整体式柔性铰链，最初是作为试验性的。由于性能问题导致的退货率几乎为零，这证实了起初的镜架是罪魁祸首，而 Siskiyou 镜架消除了这个问题。这些镜架现在用于需要弯曲调整能力的几种型号的 DPSS 激光器。

siskiyou型号IXF1.0i挠性调整架的温度和角度以及时间变化的测试数据曲线图

Pitch：在20℃时偏离角度为0，随着温度下降，反向偏移角度增大，在17.5℃时，反向偏移角度达到的最大，达到-4 μrad.，然后随着温度升高，开始正向偏移，偏移角度越来越大，在21.5℃时达到最大，为3 μrad.，接着在温度下降到21℃的过程中，正向偏移角度越来越小，在21℃时，偏移角度为1 μrad.。

YAW：在20℃时偏离角度为0，随着温度下降，反向偏移角度增大，在17.5℃时，反向偏移角度达到的最大，达到-5 μrad.，然后随着温度升高，开始正向偏移，偏移角度越来越大，在24.3℃时达到最大，为8.9 μrad.，接着在温度下降到20℃的过程中，正向偏移角度越来越小，最终回到偏移角度为0的位置。