多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统的制作方法

多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，属于激光多波长装备技术领域。
【背景技术】
[0002]目前市场上大部分的激光器都是单一波长输出方式，即便采用非线性倍频晶体技术实现多波长激光的输出，但是需要手动调节倍频晶体的位置来实现多波长，对于切换不同波长输出，一般采用多窗口形式，利用不同镀膜反射镜反射从不同窗口输出不同波长的激光。如专利CN102280807A公开了一种医用多波长激光器，该激光器能输出多种基频或倍频激光，但此激光器同时输出两束不同波长的激光，不能实现单一时段只有一种波长激光的输出，造成能源浪费。专利CN1300122A公开了一种全固态多波长激光器，此激光器能输出多波长激光，但是倍频晶体的调节需要人为介入，经常拆卸激光器导致其使用寿命变短。专利CN101854018A公开了一种能自动调节波长的激光器，利用齿轮的转动实现对光的吸收或释放，但是多波长的输出分别对应不同的端口，腔内元件过多。专利CN102012552A公开了一种多窗口多波长激光器光路自动调节系统，在系统光路外采用波长切换装置来调节激光的方向，但由于切换窗口较多装置过于庞大。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种多波长单窗口激光器及腔内输出〗而自动换镜系统。
[0004]本发明的目的通过以下技术方案来实现:
[0005]多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，特点是:包括激光源系统、导光系统、倍频元件切换系统、腔内输出端自动换镜系统和工控机，所述导光系统包含前谐振镜、后谐振镜、第一反射镜、第二反射镜、1/4玻片、扩束镜和光阑，激光源系统发出的脉冲激光经过1/4玻片与Q开关在前谐振镜、后谐振镜中震荡并输出，激光经过第一反射镜、第二反射镜反射，光束进入扩束镜放大，并通过光阑形成准直光束输出；
[0006]所述倍频元件切换系统包含三个倍频晶体、三个丝杆以及与其对应的三个滑槽，工控机通过触发器与三个步进电机控制连接，每个步进电机驱动对应的丝杆转动使对应的倍频晶体在滑槽内水平移动，控制倍频晶体是否在工作光路中可输出不同波长的激光；
[0007]所述腔内输出端自动换镜系统位于输出端口内侧，包含光学镜片旋转架、三个镜片固定架、三片镀膜镜片、步进电机和光具座，光具座底端连接在激光器的箱底上，另一端安装步进电机，步进电机与工控机连接，步进电机与光学镜片旋转架相连，光学镜片旋转架分布有三个光学镜片固定架，两两相隔120°，三个光学镜片固定架分别固定镀有不同反射膜的镀膜镜片，镀膜镜片在工作状态时其镜片大小与输出端口大小相匹配，输出不同波长的激光时，工控机控制步进电机旋转相应的步位使镀膜镜片与激光波长相对应。
[0008]进一步地，上述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其中，所述三个光学镜片固定架分别固定镀有1064nm高透膜的镀膜镜片、镀有532nm高透膜/1064nm高反膜的镀膜镜片、镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片。
[0009]更进一步地，上述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其中，所述三个倍频晶体为KTP 二倍频晶体、BBO和频晶体以及LBO 二倍频晶体。
[0010]更进一步地，上述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其中，所述前谐振镜和后谐振镜由镀膜的玻片组成，后谐振镜镀有1064nm的高反膜，前谐振镜上镀有1064nm波长的投射膜，透过率为20% ;第一反射镜和第二反射镜镀有1064nm的高反膜。
[0011]再进一步地，上述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其中，所述激光源系统包括激光晶体棒、聚光腔、泵浦源和冷却系统，晶体棒的材料为Nd:YAG、YB:YAG或Nd: YLF,聚光腔为双椭圆聚光腔、紧包型聚光腔或紧耦合聚光腔，泵浦源为灯泵浦或半导体泵浦，冷却系统为水冷系统。
[0012]本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在:
[0013]①不同波长激光实现自动化切换，大大简化了人工操作过程；
[0014]②腔内输出端自动换镜系统由步进电机控制，精确方便，且可以根据波长要求配置相应的镀膜镜片，利用率极高；
[0015]③单窗口输出激光不仅简化了腔内元件的数量也节省了空间，同时对外光路的调节也更加方便；
[0016]④设备体积小，操作方便，外光路调节方便，应用范围极其广泛。
【附图说明】
[0017]下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
[0018]图1:激光器1064nm波长输出的系统结构示意图；
[0019]图2:激光器532nm波长输出的系统结构示意图；
[0020]图3:激光器355nm波长输出的系统结构示意图；
[0021]图4:激光器266nm波长输出的系统结构示意图；
[0022]图5:腔内输出端自动换镜系统的结构示意图；
[0023]图中各附图标记的含义:
[0024]I一Q驱动电路板，2一后谐振镜，3一 I/4玻片4一Q开关，5一偏振片6—激光源系统，7—前谐振镜，8—第一反射镜，9一安全开关，10一工控机，11一温控器，12一第二反射镜，13—扩束镜，14一光阑，15—KTP 二倍频晶体，16—BBO和频晶体，17 — LBO 二倍频晶体，18—腔内输出端自动换镜系统，19一输出端口，20—步进电机，21 —滑槽，22—丝杠，23—光学镜片旋转架，24—镜片固定架，25—光具座，26—镀有1064nm高透膜的镀膜镜片，27—镀有532nm高透膜/1064nm高反膜的镀膜镜片，28—镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，包括激光源系统6、导光系统、倍频元件切换系统、腔内输出端自动换镜系统18、工控机10、Q开关4以及Q驱动电路板，导光系统包含前谐振镜7、后谐振镜2、第一反射镜8、第二反射镜12、1/4玻片3、扩束镜13、光阑14、偏振片5、安全开关9和温控器11，激光源系统6发出的1064nm波长脉冲激光经过1/4玻片3与Q开关4在前谐振镜7、后谐振镜2中震荡并输出，激光经过第一反射镜8、第二反射镜12反射，光束进入扩束镜13放大，并通过光阑14形成准直光束输出；前谐振镜7和后谐振镜2由镀膜的玻片组成，后谐振镜2镀有1064nm的高反膜，前谐振镜7上镀有1064nm波长的投射膜，透过率为20% ;第一反射镜8和第二反射镜12镀有1064nm的尚反月旲。
[0026]倍频元件切换系统包含三个倍频晶体、三个步进电机20、三个丝杆22以及与其对应的三个滑槽21，三个倍频晶体为KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16以及LBO 二倍频晶体17，工控机通过触发器与三个步进电机控制连接，每个步进电机驱动对应的丝杆转动，使对应的倍频晶体在滑槽内水平移动，控制倍频晶体是否在工作光路中可输出不同波长的激光。
[0027]腔内输出端自动换镜系统18位于输出端口 19内侧，包含光学镜片旋转架23、三个镜片固定架24、三片镀膜镜片、步进电机和光具座25，光具座25底端连接在激光器的箱底上，另一端安装步进电机，步进电机与工控机连接，步进电机与光学镜片旋转架23相连，光学镜片旋转架23分布有三个光学镜片固定架24，两两相隔120°，三个光学镜片固定架分别固定镀有1064nm高透膜的镀膜镜片26、镀有532nm高透膜/1064nm高反膜的镀膜镜片27、镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片28，镀膜镜片在工作状态时其镜片大小与输出端口 19大小相匹配，输出不同波长的激光时，工控机10控制步进电机旋转相应的步位使镀膜镜片与激光波长相对应。
[0028]激光源系统6包括激光晶体棒、聚光腔、泵浦源和冷却系统，晶体棒的材料为Nd:YAG, YBiYAG或Nd:YLF，聚光腔为双椭圆聚光腔、紧包型聚光腔或紧耦合聚光腔，泵浦源为灯泵浦或半导体泵浦，冷却系统为水冷系统。
[0029]实施例1: 1064nm波长脉冲激光输出
[0030]如图1和图5所示，出光前，工控机10向腔内输出端自动换镜系统18与倍频元件切换系统发出指令，触发步进电机运动，步进电机带动丝杠22运动，使KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16、LB0 二倍频晶体17在滑槽22中运动并使KTP 二倍频晶体1 5、BB0和频晶体16、LBO 二倍频晶体17位置处于光路之外，实现倍频元件切换系统的自动切换。自动换镜系统18中光学镜片旋转架23转动，使镀有1064nm高透膜的镀膜镜片26与输出端口 19位置相重合。工控机10控制激光源系统6工作，激光源系统6发出的1064nm波长脉冲激光经过1/4玻片3与Q开关4在前后谐振镜2、前谐振镜7中震荡并输出，激光经过镀1064nm高反膜的第一反射镜8、第二反射镜12反射，进入扩束镜13中，光束经过放大并通过光阑14形成高质量的准直光束，由于没有KTP 二倍频晶体15、BB0和频晶体16、LB0 二倍频晶体17的作用，光束透过镀有1064nm高透膜的镀膜镜片26从输出端口 19直接输出1064nm波长激光。
[0031]实施例2:532nm波长脉冲激光输出
[0032]如图2和图5所示，出光前，工控机10向腔内输出端自动换镜系统18与倍频元件切换系统发出指令，触发步进电机运动，步进电机带动丝杠22运动，使KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16、LBO 二倍频晶体17在滑槽22中运动并使KTP 二倍频晶体15运动至光路中，BBO和频晶体16、LB0 二倍频晶体17位置处于光路之外，实现倍频元件切换系统的自动切换。腔内输出端自动换镜系统18中光学镜片旋转架23转动，使镀有532nm高透膜/1064nm高反膜的镀膜镜片27与输出端口 19位置相重合。工控机10控制激光源系统6工作，激光源系统6发出的1064nm波长脉冲激光经过1/4玻片3与Q开关4在前后谐振镜2、前谐振镜7中震荡并输出，激光经过镀1064nm高反膜的第一反射镜8、第二反射镜12反射，进入扩束镜13中，光束经过放大并通过光阑14形成高质量的准直光束，经过KTP 二倍频晶体15的倍频作用，光束透过镀有532nm高透膜/1064nm高反膜的镀膜镜片27从输出端口19输出532nm波长激光。
[0033]实施例3:355nm波长脉冲激光输出
[0034]如图3和图5所示，出光前，工控机10向腔内输出端自动换镜系统18与倍频元件切换系统发出指令，触发步进电机运动，步进电机带动丝杠22运动，使KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16、LB0 二倍频晶体17在滑槽22中运动并使KTP 二倍频晶体15、LB0 二倍频晶体17运动至光路中，BBO和频晶体16位置处于光路之外，实现倍频元件切换系统的自动切换。腔内输出端自动换镜系统18中光学镜片旋转架23转动，使镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片28与输出端口 19位置相重合。工控机10控制激光源系统6工作，激光源系统6发出的1064nm波长脉冲激光经过1/4玻片3与Q开关4在后谐振镜2、前谐振镜7中震荡并输出，激光经过镀1064nm高反膜的第一反射镜8、第二反射镜12反射，进入扩束镜13中，光束经过放大并通过光阑14形成高质量的准直光束，经过KTP 二倍频晶体15与LBO 二倍频晶体17，光束透过镀有镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片28从输出端口 19输出355nm波长激光。
[0035]实施例4: 266nm波长脉冲激光输出
[0036]如图4和图5所示，出光前，工控机10向腔内输出端自动换镜系统18与倍频元件切换系统发出指令，触发步进电机运动，步进电机带动丝杠22运动，使KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16、LBO 二倍频晶体17在滑槽22中运动并使KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16运动至光路中，LBO 二倍频晶体17位置处于光路之外，实现倍频元件切换系统的自动切换。腔内输出端自动换镜系统18中光学镜片旋转架23转动，使镀有镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片28与输出端口 19位置相重合。工控机10控制激光源系统6工作，激光源系统6发出的1064nm波长脉冲激光经过1/4玻片3与Q开关4在后谐振镜2、前谐振镜7中震荡并输出，激光经过镀1064nm高反膜的第一反射镜8、第二反射镜12反射，进入扩束镜13中，光束经过放大并通过光阑14形成高质量的准直光束，经过KTP 二倍频晶体15、BBO和频晶体16的倍频作用，光束透过镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片28从输出端口 19输出266nm波长激光。
[0037]综上所述，不同波长激光实现自动化切换，大大简化了人工操作过程；腔内输出端自动换镜系统由步进电机控制，精确方便，且可以根据波长要求配置相应的镀膜镜片，利用率极高；单窗口输出激光不仅简化了腔内元件的数量也节省了空间，同时对外光路的调节也更加方便；设备体积小，操作方便，外光路调节方便，应用范围极其广泛。
[0038]需要理解到的是:以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其特征在于:包括激光源系统、导光系统、倍频元件切换系统、腔内输出端自动换镜系统和工控机，所述导光系统包含前谐振镜、后谐振镜、第一反射镜、第二反射镜、I/4玻片、扩束镜和光阑，激光源系统发出的脉冲激光经过1/4玻片与Q开关在前谐振镜、后谐振镜中震荡并输出，激光经过第一反射镜、第二反射镜反射，光束进入扩束镜放大，并通过光阑形成准直光束输出； 所述倍频元件切换系统包含三个倍频晶体、三个丝杆以及与其对应的三个滑槽，工控机通过触发器与三个步进电机控制连接，每个步进电机驱动对应的丝杆转动使对应的倍频晶体在滑槽内水平移动，控制倍频晶体是否在工作光路中可输出不同波长的激光； 所述腔内输出端自动换镜系统位于输出端口内侧，包含光学镜片旋转架、三个镜片固定架、三片镀膜镜片、步进电机和光具座，光具座底端连接在激光器的箱底上，另一端安装步进电机，步进电机与工控机连接，步进电机与光学镜片旋转架相连，光学镜片旋转架分布有三个光学镜片固定架，两两相隔120°，三个光学镜片固定架分别固定镀有不同反射膜的镀膜镜片，镀膜镜片在工作状态时其镜片大小与输出端口大小相匹配，输出不同波长的激光时，工控机控制步进电机旋转相应的步位使镀膜镜片与激光波长相对应。2.根据权利要求1所述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其特征在于:所述三个光学镜片固定架分别固定镀有1064nm高透膜的镀膜镜片、镀有532nm高透膜/1064nm高反膜的镀膜镜片、镀有355nm266nm高透膜/1064nm532nm高反膜的镀膜镜片。3.根据权利要求1所述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其特征在于:所述三个倍频晶体为KTP 二倍频晶体、BBO和频晶体以及LBO 二倍频晶体。4.根据权利要求1所述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其特征在于:所述前谐振镜和后谐振镜由镀膜的玻片组成，后谐振镜镀有1064nm的高反膜，前谐振镜上镀有1064nm波长的透射膜，透过率为20% ;第一反射镜和第二反射镜镀有1064nm的尚反月旲。5.根据权利要求1所述的多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，其特征在于:所述激光源系统包括激光晶体棒、聚光腔、泵浦源和冷却系统，晶体棒的材料为Nd:YAG, YBiYAG或Nd:YLF，聚光腔为双椭圆聚光腔、紧包型聚光腔或紧耦合聚光腔，泵浦源为灯泵浦或半导体泵浦，冷却系统为水冷系统。
【专利摘要】本发明涉及多波长单窗口激光器及腔内输出端自动换镜系统，激光源系统发出的脉冲激光经过导光系统的1/4玻片与Q开关在前谐振镜、后谐振镜中震荡并输出，经第一反射镜、第二反射镜反射，进入扩束镜放大并通过光阑形成准直光束输出；倍频元件切换系统包含三个倍频晶体、三个丝杆以及与其对应的三个滑槽，每个步进电机驱动对应的丝杆转动使对应的倍频晶体在滑槽内水平移动；腔内输出端自动换镜系统包含光学镜片旋转架、三个镜片固定架、三片镀膜镜片，步进电机与光学镜片旋转架相连，光学镜片旋转架分布有三个光学镜片固定架，分别固定镀有不同反射膜的镀膜镜片，工作状态时镀膜镜片大小与输出端口大小相匹配。不同波长激光实现自动化切换。
【IPC分类】H01S3/109, H01S3/105, H01S3/10, H01S3/082
【公开号】CN104882775
【申请号】CN201510318896
【发明人】冯爱新, 薛伟, 印成, 李峰平, 张津超, 陆金花, 张健, 朱德华, 曹宇, 瞿建武
【申请人】温州大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月11日