siskiyou IXF系列調整架應用案例--消除空運過程中的偏移

作者 John Wingerd 2017年10月30日

Lee Laser(現在是Coherent的一部分）建立了一項成功的業務，以功率高達100瓦的燈泵浦和二極管泵浦(即DPSS)固態激光器為特色。在擁有多個低成本競爭對手的領域，Lee Laser作為具有“主力"可靠性的經濟實惠的工業激光器供應商，能夠有效的使其品牌脫穎而出。在公司被 Coherent 收購之前，Lee 看到他們的一些側泵浦 DPSS 激光器在客戶收到時無法按規格工作，導致品牌形象受到威脅。由于可靠性對他們的工業客戶和 Lee 的市場地位很重要，因此該公司著手識別和去除這些故障的根源。

Lee Laser 的工程總監 Ed Miesak 解釋說：“我們所有的激光器在出廠前都經過了大量的測試。由于這些主要用于工業應用，因此我們只使用不受振動變化影響的方法、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，并運送到世界各地的客戶手中，其中相當一部分運往中國。大部分運輸是通過空運進行的。

“問題是，設備有時以不W美的模式質量到達，并且一些設備還顯示功率降低。然而，包裝通常沒有任何外部創傷的跡象，消除了粗暴的物理處理和掉落作為可能的原因。顯然，我們的少量但相當數量的激光器在離開工廠和到達客戶現場之間發生了一些事情"。

識別不穩定的熱循環

通過仔細分析和消除過程，Lee Laser 的工程師確定了運輸過程中不穩定的熱循環是可能的罪魁禍首。例如，在冬日，激光器可能會在貨機的貨艙或卡車的冰凍溫度下數小時。此外，板條箱可能會在其旅程的某個中間點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生在到達客戶手中之前的錯位問題W全一致，而不是長期使用。這是因為大多數工業過程都是在W全恒定的熱條件下進行的，以便最大限度地提高過程的一致性。

但是，熱循環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首，而不僅僅是在我們的行業。如果裝配體包含由兩種或多種具有不同熱膨脹系數 （CTE） 的材料制造的元件，那么重復的溫度循環會導致小的物理變化，其中一些變化會成為y久性的。

在運輸過程中移位未對齊

模式質量下降和功率降低的癥狀表明，腔體光學元件在運輸過程中移位不對齊。根據具體型號，最多有五個雙軸可調和可鎖定的支架，用于將腔鏡和其他光學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械穩定性而沒有大量的成本，由**先的光子學元件供應商生產。然而，這些傳統的兩軸柔性鉸鏈安裝座由三個獨立的板組成，使用螺釘或點焊連接到兩個單獨的彈簧上。事實證明，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的影響。

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

為了解決這個問題，Lee Laser 評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，其中整個零件由單塊鋼或鋁加工而成。因此，整個鑲座會隨著溫度的變化而均勻地膨脹或收縮。此外，這種整體結構還改善了通過整個支架的熱傳遞。總之，這使得它們的鎖定對準對環境溫度變化相對不敏感。此外，這些支架還提供低矮的頂部調節選項，簡化了它們在緊湊型固態激光頭范圍內的使用。

返回降為零

Lee Laser 轉而使用這些整體式柔性鉸鏈，最初是作為試驗性的。由于性能問題導致的退貨率幾乎為零，這證實了起初的鏡架是罪魁禍首，而 Siskiyou 鏡架消除了這個問題。這些鏡架現在用于需要彎曲調整能力的幾種型號的 DPSS 激光器。

 siskiyou型號IXF1.0i撓性調整架的溫度和角度以及時間變化的測試數據曲線圖

Pitch：在20℃時偏離角度為0，隨著溫度下降，反向偏移角度增大，在17.5℃時，反向偏移角度達到的最大，達到-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℃時達到最大，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，偏移角度為1 μrad.。

YAW：在20℃時偏離角度為0，隨著溫度下降，反向偏移角度增大，在17.5℃時，反向偏移角度達到的最大，達到-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℃時達到最大，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整架的熱數據。我們在熱測試時還沒有不銹鋼（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"光學調整架的數據。

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/℃