分离式调控的高精度光束指向稳定系统

马程鹏; 汤孟博; 孙琦; 孙秋媛; 丁晨良; 匡翠方

doi:10.37188/OPE.20233111.1607

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分离式调控的高精度光束指向稳定系统

现代应用光学 | 更新时间：2023-07-08

- 分离式调控的高精度光束指向稳定系统
- High-accuracy laser spatial alignment and stabilization system with error separation technology
- 光学精密工程 2023年31卷第11期页码：1607-1618
- 作者机构：
  
  1.之江实验室智能芯片与器件研究中心，浙江杭州 310023
  2.浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江杭州 310027
  3.极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江杭州 311200
- 作者简介：
  
  [ "马程鹏（1993-），男，浙江绍兴人，工程师，2018年于北京航空航天大学获得硕士学位，主要从事激光纳米直写与成像、高精度光束指向稳定调控方面的研究。E-mail： machengpeng@zhejianglab.com" ]
  [ "匡翠方（1977-），男，博士，教授，博士生导师，主持国家杰出青年科学基金等研究项目20多项，累计发表论文140余篇，荣获得2019年中国技术发明二等奖、2019年王大珩光学奖等多个奖项，长期从事高通量激光纳米直写、超分辨荧光成像、光电检测等方面的研究工作。E-mail： cfkuang@zju.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2021YFF0502700);国家自然科学基金青年科学基金资助项目(52105565);浙江省自然科学基金探索青年项目(LQ22F050015);之江实验室重大科研项目(2020MC0AE01);浙江省自然科学基金资助项目(LD21F050002)
- DOI：10.37188/OPE.20233111.1607
  中图分类号： TN248.2
- 收稿日期：2022-11-11，
  
  修回日期：2023-02-17，
  
  纸质出版日期：2023-06-10
- 稿件说明：
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马程鹏,汤孟博,孙琦等.分离式调控的高精度光束指向稳定系统[J].光学精密工程,2023,31(11):1607-1618.

MA Chengpeng,TANG Mengbo,SUN Qi,et al.High-accuracy laser spatial alignment and stabilization system with error separation technology[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(11):1607-1618.
马程鹏,汤孟博,孙琦等.分离式调控的高精度光束指向稳定系统[J].光学精密工程,2023,31(11):1607-1618. DOI： 10.37188/OPE.20233111.1607.

MA Chengpeng,TANG Mengbo,SUN Qi,et al.High-accuracy laser spatial alignment and stabilization system with error separation technology[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(11):1607-1618. DOI： 10.37188/OPE.20233111.1607.

摘要

光束指向稳定系统基于对光束位置和角度的控制，能够实现对光束指向的高精度主动控制，在微纳光刻及超分辨成像等领域中发挥着重要的作用。为了实现光束的长时间指向稳定，提出一种分离式调控的小型化光束指向稳定系统，消除了传统方案中双反射镜校正带来的耦合误差，大幅度提升了光束指向精度的控制性能。对比测试结果表明，基于该方法的光束指向稳定系统对光束位置的稳定精度（RMS值）可达0.3 μm，角度稳定精度（RMS值）达到1 μrad；施加一定幅度的主动扰动后的测试结果表明，该系统在较大的光源抖动下仍能保持同一量级的稳定精度。相比于同样测试条件下的两种商业化光束指向稳定系统，其位置抖动与角度抖动性能可提高50%以上。

Abstract

The laser beam stabilization system facilitates high-precision correction of the laser beam via the control of the beam position and angle， providing long-term stability. It plays an important role in micro/nano-laser direct writing and super-resolution imaging. In this paper， a miniaturized laser stabilization system with error separation technology， which eliminates the coupling error caused by traditional dual-mirror controlling and improves the performance of laser beam stabilization control， is proposed. Comparative experiments indicate that the laser stabilization system based on this method stabilized the beam position with an accuracy better than 0.3 µm （RMS） and stabilized the angle with an accuracy better than 1 µrad （RMS）. The results of test experiments with active disturbance indicate that the system maintained the same performance. Compared with two commercial laser stabilization systems under the same conditions， the proposed system can yield 50% lower position and angle jitter.

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