CN100555028C - 用于多路激光刻划机的光功率均衡器 - Google Patents
用于多路激光刻划机的光功率均衡器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于光学技术领域，涉及一种用于多路激光刻划机的光功率均衡器。由控制器、依次放置在多路激光刻划机初始激光光路中的偏振控制器、起偏器、分光片和在分光片反射光路中的光电探测器及依次放置在多路激光刻划机下行实施刻划的每个激光光路中的偏振控制器、检偏器、分光片和在分光片反射光路中的光电探测器组成，由各激光光路中的光电探测器监测各激光光路的光功率，并把监测信号输给控制器，控制器向放置在初始激光光路及各个下行实施划机光路中偏振控制器发送不同的模拟控制信号，通过调节激光的偏振态配合起偏器与检偏器达到使刻划机多路激光功率均衡的目的。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种用于多路激光刻划机的光功率均衡器。
背景技术
多路激光刻划机广泛应用于激光打标、激光刻划、激光雕刻，是激光在工业应用中的一个重要方面，在国际激光产业中含有较大的比重，并呈上升趋势。但目前多路激光刻划机中实施多路刻划激光的光功率受制于多路刻划机中分光膜的参数，每路激光的光功率存在着较大的误差。以四路激光刻划机为例，其工作过程是：由激光器发出一束激光，先后经过三个分光率不同的分光片和一个全反射棱镜后，分为四束向下的平行光线，再经过四个聚焦透镜会聚为四个点实施刻划。由于分光片是通过镀膜实现比例分光的，且每片分光的比例不一样，分光片的最终分光比例与理论设计值一般而言存在±5％的误差，这样累计下来最后四束实施刻划激光的光功率最大有±10％的误差，即四束实施刻划激光的光功率最大值与最小值之间最多可能有20％的误差。这样在工业使用中会影响加工件的品质，要想提高加工件的品质必须减小光功率不均衡问题。为了减小多路激光的光功率误差，目前通用的做法是提高分光膜的质量，这样做不但提高了成本而且仍无法大幅度减小多路实施刻划激光功率的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于多路激光刻划机的光功率均衡器，它可使多路激光刻划机中实施刻划的多路激光的光功率达到均衡。
本发明的目的通过如下技术方案实现：该用于多路激光刻划机的光功率均衡器由控制器、依次放置在多路激光刻划机初始激光光路中的偏振控制器、起偏器、分光片和在分光片反射光路中的光电探测器及依次放置在多路激光刻划机下行实施刻划的每个激光光路中的偏振控制器、检偏器、分光片和在分光片反射光路中的光电探测器组成，放置在初始激光光路及每个下行实施刻划激光光路中的各分光片反射光路中的光电探测器输出信号进入控制器，控制器输出的控制信号发送给设置在初始激光光路及各个下行实施划机光路中的偏振控制器。
本发明所提供的用于多路激光刻划机的光功率均衡器工作原理如下：以下为说明方便，用N路激光刻划机(N≥2)表示所说的多路激光刻划机。在配置了本发明所提供光功率均衡器的多路激光刻划机中，由激光器发出的初始激光经过依次放置在N路激光刻划机初始激光光路中的偏振控制器、起偏器、分光片后，由设置在分光片反射光路中的光电探测器监测固定偏振态的激光光功率，并将所监测的光功率信号输送至控制器，控制器根据此信号发出一个控制信号至设置在初始激光光路中的偏振控制器，使激光的偏振态与该光路中的起偏器的偏振态保持一致，即使相对固定功率的激光的偏振态保持在一定状态。该偏振态保持在一定状态的初始激光经N路激光刻划机原有的N-1个分光片和一个全反射棱镜后，形成N路平行实施刻划的下行激光，这N路平行实施刻划的下行激光分别经过依次放置在每个激光光路中的偏振控制器、检偏器、分光片后，由放置在每个下行激光光路中的分光片反射光路中的光电探测器监测各路实施刻划的下行激光的光功率，并将监测这些光功率的信号输送至控制器，控制器快速地识别出这些光功率中最小的一个光功率值。根据线偏振光透过检偏器以后，透射光的光强与线偏振光的光振动方向和检偏器透振方向间夹角余弦的平方成正比的基本光学理论，控制器以最小的光功率值为基础，分别向放置在N路下行实施刻划的激光光路中的偏振控制器发出N个不同的模拟信号量，驱动这些偏振控制器，控制每路激光的偏振态角度发生一定量的改变，当不同角度偏振态的激光经过设置在每路下行实施刻划的激光光路中的检偏器后，使N路下行实施刻划的激光最终光功率都靠近最小值，从而达到N路下行实施刻划激光的光功率保持均衡，然后相同光功率的N路下行激光经过聚焦透镜会聚为N个点实施刻划，提高了加工件的品质。
本发明所提供的用于多路激光刻划机的光功率均衡器根据线偏振光透过检偏器以后，透射光的光强与线偏振光的光振动方向和检偏器透振方向间夹角余弦的平方成正比的基本光学原理，在多路激光刻划机的初始激光光路中依次放置了偏振控制器、起偏器、分光片和光电探测器，在下行实施刻划的每个激光光路中依次放置了偏振控制器、检偏器、分光片和光电探测器，由光电探测器监测各路激光的光功率，并将这些监测值送入控制器，由控制器向各个激光光路中设置的偏振控制器输送不同的模拟量信号，通过调节激光的偏振态配合起偏器与检偏器达到使刻划机多路激光功率均衡的目的。克服了以往激光刻划机多路实施刻划激光的光功率由分光膜的分光参数决定，无法自动调节的缺点，在多路激光刻划机上配置了本发明所提供的用于多路激光刻划机的光功率均衡器后，能自动、快速地调节各路实施刻划激光的偏振态，达到多路激光功率均衡的目的，均衡后的各路实施刻划激光功率的误差很小，这样不但保证了功率一致，而且使得使整台激光刻划机操作非常方便，从而提高了加工件的质量。
附图说明
图1配置了本发明所提供光功率均衡器的四路激光刻划机的结构、光路示意图。
图中：1、四路激光刻划机中45°入射时反射率为1/4的分光片；
2、四路激光刻划机中45°入射时反射率为1/3的分光片；
3、四路激光刻划机中45°入射时反射率为1/2的分光片；
4、四路激光刻划机中的全反射棱镜；
24、25、26、27是四路激光刻划机中的聚焦透镜；28是四路激光刻划机中的激光器。
5、6、7、8、13是光功率均衡器中的偏振控制器；9、10、11、12是光功率均衡器中的检偏器；14是光功率均衡器中的起偏器，15是光功率均衡器中的控制器，16、17、18、19、29是光功率均衡器中的45°人射的分光片，20、21、22、23、30是光功率均衡器中的光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明所提供的用于多路激光刻划机的光功率均衡器的实施。图1是配置了本发明所提供用于多路激光刻划机的光功率均衡器的四路激光刻划机结构、光路示意图。目前通用的四路激光刻划机是由激光器28、45°入射时反射率为1/4的分光片1、45°入射时反射率为1/3的分光片2、45°入射时反射率为1/2的分光片3、全反射棱镜4，聚光透镜24、25、26、27构成。其工作过程是：激光器28发出一束激光，先后经过分光片1、2、3和全反射棱镜4形成四束向下的平行的激光，再经过聚光透镜24、25、26、27会聚为四个点实施刻划。图1所示的四路激光刻划机配置了由控制器15，依次放置在初始激光光路中的偏振控制器13、起偏器14、分光片29和在分光片29反射光路中的光电探测器30，依次放置在下行实施刻划的四路激光光路中的偏振控制器5、检偏器9、分光片16，偏振控制器6、检偏器10、分光片17，偏振控制器7、检偏器11、分光片18，偏振控制器8、检偏器12、分光片19和分别设置在分光片16、17、18、19反射光路中的光电探测器20、21、22、23组成，光电探测器30、20、21、22、23的输出接控制器15的信号输入端，控制器15的信号输出接放置在初始激光光路及各个下行实施刻划激光光路中偏振控制器13、5、6、7、8的电控信号输入端。其工作原理是：激光器28发出一束激光，经偏振控制器13、起偏器14后，由分光片29按一定比例反射至设置在其反射光路上的光电探测器30，由光电探测器30监测该固定偏振态的激光光功率，光电探测器30的监测信号P0输送给控制器15，控制器15分析处理后，向偏振控制器13发出一个模拟量信号V0控制偏振控制器13，使激光的偏振态与起偏器14保持一致，即使相对固定功率的激光的偏振态保持在一个状态，激光经过分光片1、2、3和全反射棱镜4形成四束向下的平行的激光，这四束向下的平行的激光分别经过偏振控制器5、检偏器9，偏振控制器6、检偏器10，偏振控制器7、检偏器11，偏振控制器8，检偏器12后分别由分光片16、分光片17、分光片18、分光片19按一定比例反射至设置在各自反射光路上的光电探测器20、21、22、23，由光电探测器20、21、22、23对这四路实施刻划激光的光功率进行监测，并将所监测的光功率信号P1、P2、P3、P4输送至控制器15，控制器15快速地识别出这四路实施刻划激光中光功率最小的一个光功率值，控制器15以最小的一个光功率值为基础，分别向偏振控制器5、6、7、8发出四个不同的模拟信号V1、V2、V3、V4，驱动偏振控制器5、6、7、8分别控制每路激光的偏振态角度发生一定量的改变，这四路不同角度偏振态的激光经过检偏器9、10、11、12后，使四路向下实施刻划的激光光功率达到一致，都靠近最小的一个光功率值，然后这四路光功率相同的激光经过聚焦透镜24、25、26、27会聚四个点实施刻划，如最后发现四路实施刻划的激光光功率同时偏大或偏小，可以改变激光器28的输出功率。该实施例中四路实施刻划的激光光功率误差在±3％以内，这样不但保证了多路激光功率均衡，而且整台激光刻划机操作非常方便，采用配置了本发明所提供光功率均衡器的四路激光刻划机，可以使加工件的质量提高很多。图1所示实施例中构成用于多路激光刻划机的光功率均衡器的控制器15采用可编程控制器，偏振控制器13、5、6、7、8采用电控偏振控制器，偏振控制器上的偏振分光片采用磁光晶体片；起偏器14、检偏器9、10、11、12采用双折射晶体；分光片29、16、17、18、19采用45°入射、分光比例为1-3％的镀膜玻璃；光电探测器30、20、21、22、23采用砷化镓光电二极管。本发明所提供的用于多路激光刻划机的光功率均衡器中的控制器还可采用单片机，设置在初始激光光路和下行实施刻划的各个激光光路中的偏振控制器采用电控偏振控制器，其上的偏振分光片可以采用晶片、光电陶瓷片或磁光晶体片，设置在初始激光光路的起偏器和下行实施刻划的各个激光光路中的检偏器可以采用双折射晶体、晶体棱镜或者镀膜晶片，用来监测初始激光光路光功率和下行实施刻划的各个激光光路光功率的光电探测器可用光电二极管或光敏二极管。
Claims (1)
1、一种用于多路激光刻划机的光功率均衡器，由控制器、依次放置在多路激光刻划机初始激光光路中的偏振控制器、起偏器、分光片及依次放置在多路激光刻划机下行实施刻划的每个激光光路中的偏振控制器、检偏器、分光片组成，其特征在于在初始激光光路及每个下行实施刻划激光光路中的分光片反射光路中各设置一只光电探测器，设置在初始激光光路及每个下行实施刻划激光光路中的各分光片反射光路中的光电探测器输出信号进入控制器，控制器的输出信号发送给设置在初始激光光路及各个下行实施刻划光路中的偏振控制器。
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