CN100352673C - 透明材料激光内部雕刻装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透明材料激光内部雕刻装置，包括激光器、扩束镜、第一振镜、第二振镜、F-θ聚焦镜和计算机，激光器包括全反镜、声光调Q器件、半导体泵浦模块、倍频晶体、输出镜，全反镜镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜同时镀有对基频光透过率为4%～10%和对倍频光全透的膜层，激光器产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出；计算机控制第一振镜、第二振镜分别在X、Y方向上快速振动，使经过扩束镜的激光束在XY方向扫描运动，控制一维电控位移台实现F-θ聚焦镜或透明材料在Z方向上的运动。本发明激光输出模式好，光功率稳定、效率高；雕刻速度快，适合进行大幅面透明材料的雕刻。

Description

透明材料激光内部雕刻装置

技术领域

本发明涉及一种透明材料激光内部雕刻装置。

背景技术

普通玻璃和其他透明材料的内部雕刻装置已经成为激光内部雕刻的一个新兴的发展方向。目前，激光内部雕刻装置主要用于水晶石英玻璃，这种激光内部雕刻装置的缺点是：主要采用闪光灯泵浦的脉冲激光器，光束质量较差，聚焦后爆炸点大，雕刻图像不精细；采用电光调Q，激光脉冲重复频率低(只有百赫兹左右)，速度慢，不适合进行大幅面普通玻璃和其他透明材料的内部雕刻；由于采用闪光灯泵浦，激光器泵浦源的寿命较短，给设备的维护和使用带来麻烦。因此，目前的激光内雕产品仅限于数量有限的、小型工艺品范围，限制了激光透明材料内部雕刻的使用领域扩展延伸。

发明内容

本发明的目的在于克服上述激光内部雕刻装置的不足之处，提供一种透明材料激光内部雕刻装置。该设备采用高重复频率1～10千赫兹、半导体泵浦全固化激光器作为激光透明材料的光源，全面提升了激光内雕设备的性能指标。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种透明材料激光内部雕刻装置，包括激光器、扩束镜、第一振镜、第二振镜、F-θ聚焦镜和计算机；激光器包括全反镜、声光调Q器件及其电源、半导体泵浦模块、倍频晶体、输出镜，全反镜、输出镜与半导体泵浦模块构成激光谐振腔，电源与声光调Q器件相连，声光调Q器件置于全反镜与半导体泵浦模块之间，倍频晶体置于半导体泵浦模块与输出镜之间，或者声光调Q器件置于半导体泵浦模块与输出镜之间，倍频晶体置于声光调Q器件与输出镜之间；全反镜镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源调节声光调Q器件的驱动频率，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出；扩束镜将激光器输出的激光束直径扩大，发散角压缩，使激光束通过聚焦镜聚焦后的光斑直径缩小，得到小的聚焦光斑；第一振镜将经过扩束镜后的平行于x轴的激光束偏转成平行于y轴的激光束，第二振镜将上述平行于y轴的激光束偏转成平行于z轴的激光束；F-θ聚焦镜将上述平行于z轴的激光束聚焦到透明材料中；计算机控制第一振镜、第二振镜分别在x、y方向上快速振动，使经过扩束镜的激光束在xy方向扫描运动；计算机控制一维电控位移台，实现F-θ聚焦镜或透明材料在z方向上的运动。

本发明的优点在于：

(1)采用连续半导体泵浦的方式，效率高、寿命长，设备维护方便。

(2)采用声光调Q方式，输出激光脉冲的频率可达到1～10千赫兹，雕刻速度快，可大于12米/分钟，适合进行大幅面透明材料内部雕刻。

(3)采用同时镀有基频光透过率4％～10％和倍频光全透射膜层的输出镜，在确定泵浦功率时，能得到最大转换效率的倍频激光输出。

(4)激光输出模式好，光功率稳定。

(5)与现有内雕设备相比，雕刻速度提高了10倍以上，能高速地对大面积普通玻璃、水晶石英和其他透明类材料进行雕刻。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图。

图2是图1中的激光器一种实施例的结构示意图。

图3是图1中的激光器另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种透明材料激光内部雕刻装置，包括激光器1、扩束镜2、第一振镜3、第二振镜4、F-θ聚焦镜5和计算机6。

激光器1产生1～10千赫兹、光束质量好的调Q倍频激光脉冲；

扩束镜2将激光器1输出的激光束直径扩大，发散角压缩，使激光束通过聚焦镜5聚焦后的光斑直径缩小，得到小的聚焦光斑；

第一振镜3、第二振镜4在空间呈垂直放置；第一振镜3安装在x轴上，反射镜面平行于z轴，垂直于xy平面，与x轴和y轴的夹角均为45度，将经过扩束镜2后的平行于x轴的激光束偏转成平行于y轴的激光束；第二振镜4安装在y轴上，反射镜面平行于x轴，垂直于yz平面，与y轴和z轴的夹角均为45度，将经过第一振镜3后的平行于y轴的激光束偏转成平行于z轴的激光束；

F-θ聚焦镜5的光轴平行于z轴，将平行于z轴的激光束聚焦到激光工作台上的透明材料中；

计算机6控制第一振镜3、第二振镜4分别在x、y方向上快速振动，使经过扩束镜2的激光束在xy方向扫描运动，控制一维电控位移台7，实现F-θ聚焦镜5或透明材料在z方向上的运动，进行透明材料激光内部的三维雕刻。

由图2所示，激光器1可包括全反镜8、声光调Q器件9及其电源13、半导体泵浦模块10、倍频晶体11、输出镜12。全反镜8、输出镜12与半导体泵浦模块10构成激光谐振腔，电源13与声光调Q器件9相连，声光调Q器件9置于全反镜8与半导体泵浦模块10之间，倍频晶体11置于半导体泵浦模块10与输出镜12之间，全反镜8镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层。输出镜12同时镀有对基频光透过率范围为4％～10％和对倍频光全透的膜层。倍频晶体11可为KTP、BBO等晶体。半导体泵浦模块10包含半导体泵浦源和激光晶体，它和全反镜8、输出镜12构成基本的激光谐振腔，激光在全反镜8、声光调Q器件9、半导体泵浦模块10、倍频晶体11和输出镜12之间振荡输出，产生倍频光。电源13调节声光调Q器件9的驱动频率在1～10千赫兹，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出。

本发明的激光谐振腔不使用镀有基频光全反射和倍频光全透射膜的输出镜，而是根据连续激光器在某一泵浦功率条件下，输出镜具有最佳透过率的原理，将谐振腔中非线性晶体的倍频效率等同为输出镜透过率的一部分，设计出在有源谐振腔增益系数与损耗最佳匹配工作点时的输出镜基频光的透过率，以保证连续激光器运行在最大光-光转换效率范围。此时，倍频光的功率也达到最大值。

计算机6根据雕刻图形而产生的触发信号，控制声光调Q器件电源13的打开和关闭，从而控制声光调Q器件9的工作状态，可以使谐振腔处于高损耗或低损耗的状态，因此，可以控制谐振腔有无激光输出。

由图3所示，激光器1可包括全反镜8、半导体泵浦模块10、声光调Q器件9及其电源13、倍频晶体11和输出镜12，全反镜8、输出镜12与半导体泵浦模块10构成激光谐振腔，电源13与声光调Q器件9相连，声光调Q器件9置于半导体泵浦模块10与输出镜12之间，倍频晶体11置于声光调Q器件9与输出镜12之间；全反镜8镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜12同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源13调节声光调Q器件9的驱动频率在1～10千赫兹，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出。

Claims (1)

1.一种透明材料激光内部雕刻装置，包括激光器(1)、扩束镜(2)、第一振镜(3)、第二振镜(4)、F-θ聚焦镜(5)和计算机(6)；扩束镜(2)将激光器(1)输出的激光束直径扩大，发散角压缩，使激光束通过聚焦镜(5)聚焦后的光斑直径缩小，得到小的聚焦光斑；第一振镜(3)将经过扩束镜(2)后的平行于x轴的激光束偏转成平行于y轴的激光束，第二振镜(4)将上述平行于y轴的激光束偏转成平行于z轴的激光束；F-θ聚焦镜(5)将上述平行于z轴的激光束聚焦到透明材料中；计算机(6)控制第一振镜(3)、第二振镜(4)分别在x、y方向上快速振动，使经过扩束镜(2)的激光束在xy方向扫描运动；其特征在于：

激光器(1)包括全反镜(8)、声光调Q器件(9)及其电源(13)、半导体泵浦模块(10)、倍频晶体(11)、输出镜(12)，全反镜(8)、输出镜(12)与半导体泵浦模块(10)构成激光谐振腔，电源(13)与声光调Q器件(9)相连，声光调Q器件(9)置于全反镜(8)与半导体泵浦模块(10)之间，倍频晶体(11)置于半导体泵浦模块(10)与输出镜(12)之间，或者声光调Q器件(9)置于半导体泵浦模块(10)与输出镜(12)之间，倍频晶体(11)置于声光调Q器件(9)与输出镜(12)之间；全反镜(8)镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜(12)同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源(13)调节声光调Q器件(9)的驱动频率，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出；

计算机(6)控制一维电控位移台(7)，实现F-θ聚焦镜(5)或透明材料在z方向上的运动。

Images