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siskiyou IXF系列調(diào)整架應(yīng)用案例--消除空運(yùn)過程中的偏移

作者 John Wingerd 2017年10月30日

Lee Laser(現(xiàn)在是Coherent的一部分）建立了一項(xiàng)成功的業(yè)務(wù)，以功率高達(dá)100瓦的燈泵浦和二極管泵浦(即DPSS)固態(tài)激光器為特色。在擁有多個(gè)低成本競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的領(lǐng)域，Lee Laser作為具有“主力"可靠性的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的工業(yè)激光器供應(yīng)商，能夠有效的使其品牌脫穎而出。在公司被 Coherent 收購(gòu)之前，Lee 看到他們的一些側(cè)泵浦 DPSS 激光器在客戶收到時(shí)無法按規(guī)格工作，導(dǎo)致品牌形象受到威脅。由于可靠性對(duì)他們的工業(yè)客戶和 Lee 的市場(chǎng)地位很重要，因此該公司著手識(shí)別和去除這些故障的根源。

Lee Laser 的工程總監(jiān) Ed Miesak 解釋說：“我們所有的激光器在出廠前都經(jīng)過了大量的測(cè)試。由于這些主要用于工業(yè)應(yīng)用，因此我們只使用不受振動(dòng)變化影響的方法、材料和組件（例如，可鎖定的安裝座）。然后，我們將它們裝在防爆包裝中，并運(yùn)送到世界各地的客戶手中，其中相當(dāng)一部分運(yùn)往中國(guó)。大部分運(yùn)輸是通過空運(yùn)進(jìn)行的。

“問題是，設(shè)備有時(shí)以不W美的模式質(zhì)量到達(dá)，并且一些設(shè)備還顯示功率降低。然而，包裝通常沒有任何外部創(chuàng)傷的跡象，消除了粗暴的物理處理和掉落作為可能的原因。顯然，我們的少量但相當(dāng)數(shù)量的激光器在離開工廠和到達(dá)客戶現(xiàn)場(chǎng)之間發(fā)生了一些事情"。

識(shí)別不穩(wěn)定的熱循環(huán)

通過仔細(xì)分析和消除過程，Lee Laser 的工程師確定了運(yùn)輸過程中不穩(wěn)定的熱循環(huán)是可能的罪魁禍?zhǔn)住＠?，在冬日，激光器可能?huì)在貨機(jī)的貨艙或卡車的冰凍溫度下數(shù)小時(shí)。此外，板條箱可能會(huì)在其旅程的某個(gè)中間點(diǎn)被留在烈日下的柏油路面上。而且，這種可能的熱量原因與主要發(fā)生在到達(dá)客戶手中之前的錯(cuò)位問題W全一致，而不是長(zhǎng)期使用。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)工業(yè)過程都是在W全恒定的熱條件下進(jìn)行的，以便最大限度地提高過程的一致性。

但是，熱循環(huán)是如何影響激光器性能的呢？不匹配的熱膨脹是工程師們都知道的罪魁禍?zhǔn)祝粌H僅是在我們的行業(yè)。如果裝配體包含由兩種或多種具有不同熱膨脹系數(shù) （CTE） 的材料制造的元件，那么重復(fù)的溫度循環(huán)會(huì)導(dǎo)致小的物理變化，其中一些變化會(huì)成為y久性的。

在運(yùn)輸過程中移位未對(duì)齊

模式質(zhì)量下降和功率降低的癥狀表明，腔體光學(xué)元件在運(yùn)輸過程中移位不對(duì)齊。根據(jù)具體型號(hào)，最多有五個(gè)雙軸可調(diào)和可鎖定的支架，用于將腔鏡和其他光學(xué)元件固定在激光頭中。這些是彎曲型的，選擇它是為了提供高機(jī)械穩(wěn)定性而沒有大量的成本，由**先的光子學(xué)元件供應(yīng)商生產(chǎn)。然而，這些傳統(tǒng)的兩軸柔性鉸鏈安裝座由三個(gè)獨(dú)立的板組成，使用螺釘或點(diǎn)焊連接到兩個(gè)單獨(dú)的彈簧上。事實(shí)證明，在這些支架中使用不同的金屬意味著它們不能免受熱循環(huán)的影響。

下一代整體式柔性鉸鏈安裝座的一個(gè)例子，帶有集成的彈簧，全部由一塊金屬加工而成。Siskiyou IXF 系列的這個(gè)示例旨在用于分光鏡應(yīng)用，其開孔可適應(yīng)大光束直徑。

為了解決這個(gè)問題，Lee Laser 評(píng)估了下一代柔性絲錐安裝類型 – Siskiyou Corporation 的 IXF。這些是單軸和雙軸彎曲，其中整個(gè)零件由單塊鋼或鋁加工而成。因此，整個(gè)鑲座會(huì)隨著溫度的變化而均勻地膨脹或收縮。此外，這種整體結(jié)構(gòu)還改善了通過整個(gè)支架的熱傳遞。總之，這使得它們的鎖定對(duì)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境溫度變化相對(duì)不敏感。此外，這些支架還提供低矮的頂部調(diào)節(jié)選項(xiàng)，簡(jiǎn)化了它們?cè)诰o湊型固態(tài)激光頭范圍內(nèi)的使用。

返回降為零

Lee Laser 轉(zhuǎn)而使用這些整體式柔性鉸鏈，最初是作為試驗(yàn)性的。由于性能問題導(dǎo)致的退貨率幾乎為零，這證實(shí)了起初的鏡架是罪魁禍?zhǔn)?，?/span> Siskiyou 鏡架消除了這個(gè)問題。這些鏡架現(xiàn)在用于需要彎曲調(diào)整能力的幾種型號(hào)的 DPSS 激光器。

 siskiyou型號(hào)IXF1.0i撓性調(diào)整架的溫度和角度以及時(shí)間變化的測(cè)試數(shù)據(jù)曲線圖

Pitch：在20℃時(shí)偏離角度為0，隨著溫度下降，反向偏移角度增大，在17.5℃時(shí)，反向偏移角度達(dá)到的最大，達(dá)到-4 μrad.，然后隨著溫度升高，開始正向偏移，偏移角度越來越大，在21.5℃時(shí)達(dá)到最大，為3 μrad.，接著在溫度下降到21℃的過程中，正向偏移角度越來越小，在21℃時(shí)，偏移角度為1 μrad.。

YAW：在20℃時(shí)偏離角度為0，隨著溫度下降，反向偏移角度增大，在17.5℃時(shí)，反向偏移角度達(dá)到的最大，達(dá)到-5 μrad.，然后隨著溫度升高，開始正向偏移，偏移角度越來越大，在24.3℃時(shí)達(dá)到最大，為8.9 μrad.，接著在溫度下降到20℃的過程中，正向偏移角度越來越小，最終回到偏移角度為0的位置。

下面是獲取的各種調(diào)整架的熱數(shù)據(jù)。我們?cè)跓釡y(cè)試時(shí)還沒有不銹鋼（ss）版本，但我可以分享的是，不銹鋼材料的CTE比鋼版本低。鋼版本（i）不可再用，取而代之的是我們的不銹鋼（ss）版本。

下面是1"和2"光學(xué)調(diào)整架的數(shù)據(jù)。

鋁

IXF1.0i 0.34 μrad/℃

IXF1.0ti 0.98 μrad/℃

IXF.50i 1.33 μrad/℃

IXF.50ti 2.48 μrad/℃

鋼

IXF1.0i 0.34 μrad/℃

IXF1.0ti 0.98 μrad/℃

IXF.50i 1.33 μrad/℃

IXF.50ti 2.48 μrad/℃