CN101197488A - 四次谐波紫外激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种四次谐波紫外激光器，包括至少一非线性晶体、至少一镜片，非线性晶体和镜片上镀有膜层，包括移动装置，当激光器的激光光路通过非线性晶体或镜片时，对非线性晶体或镜片上一个位置的膜层破坏时，移动装置可移动非线性晶体或镜片，使非线性晶体或镜片变换位置对准激光光路。本发明通过设计几种小型精密的位移或旋转结构，改变深紫外光束光斑在膜层上的工作位置。同时由光束大小划分出可移动数目，依次进行移动。由此合理全面地利用整个晶体及镜片上可用膜层：当一个位置的膜层破坏了之后可以在光学精度允许的范围内自动移动至另一个可使用的位置，可使四次谐波紫外激光器寿命可以呈几何数列的倍数增加。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种四次谐波紫外激光器。
【技术背景】
在当前国际的环境下，激光器在加工领域的应用越来越广泛。特别在激光精细加工方面，对比于机械加工设备，激光加工过程中的无耗材，无震动，无需冷却液，可加工任意形状等优点，使得在精细加工方面激光加工设备正在一步一步的取代传统的机械加工设备。而短波长高功率四次谐波紫外激光由于具有高分辨率和高吸收，冷加工等特点，相对于红外激光在精细加工方面更有优势。但作为国内的一项新型激光器，四次谐波紫外激光器在使用寿命方面相对其它类型的激光器存在一定的不足。究其主要原因是深紫外波长的光对膜层有着极大的破坏性。对于这个问题之前采用过减小使用电流、降低光束质量等解决方案，但一直没有得出令人满意的结果。减小使用电流会限制其应用范围，降低光束质量会影响产品使用效果。
美国Lightwave Electronics公司美国专利第US 6697391 B2号，采用不镀膜的布卢斯特四次谐波非线性晶体，把四次谐波激光导出腔外，由于不镀膜，不存在四次谐波紫外激光对膜层的破坏问题，布卢斯特角使竖直偏振的四次谐波紫外激光无损耗导出腔外，但对水平偏振的基频光产生很大的反射，使得基频谐振腔内损耗增大功率下降，导致谐波功率同时下降。而且腔内插入布卢斯特角端面晶体会增加调光难度，为生产带来不便。
到目前为止，国内四次谐波紫外激光尚处于基础研究阶段，没有关于四次谐波紫外激光器寿命的报道，也没有关于提高四次谐波紫外激光器使用寿命方法的报道。
【发明内容】
本发明所欲解决的技术问题是提供一种使用寿命能提高的四次谐波紫外激光器。
本发明所采用的技术方案是：一种四次谐波紫外激光器，包括至少一非线性晶体、至少一镜片，非线性晶体和镜片上镀有膜层，包括移动装置，当激光器的激光光路通过非线性晶体或镜片时，对非线性晶体或镜片上一个位置的膜层破坏时，移动装置可移动非线性晶体或镜片，使非线性晶体或镜片变换位置对准激光光路。
所述移动装置包括分别设于X轴和Y轴方向的滑台面、行程螺杆、联轴器和电机，滑台面的导向部分包括滑条和滑条安装板，非线性晶体或镜片分别安装在X轴方向或Y轴方向的滑台面上，行程螺杆安装在滑台面上，联轴器安装在行程螺杆的外部，电机安装在行程螺杆的顶部。
所述移动装置还包括联接支架，分别与X轴方向和Y轴方向的滑台面安装连接。
所述移动装置还包括一微动开关，微动开关通过微动开关支架安装于X轴安装板上。
激光器包括深紫外激光出光模块和绿激光出光模块，所述移动装置包括在绿激光出光模块的出光口处架装一个导轨，并将深紫外模块的连接处加开导轨滑槽。
所述导轨为十字位移导轨，同时在十字方向分别与电机相连。
所述移动装置包括联轴器、蜗杆轴和蜗轮压套，非线性晶体或镜片安装在蜗轮压套中，蜗轮压套与蜗杆轴啮合，蜗杆轴通过联轴器安装在电机上。
所述蜗轮压套内还设有镜片压圈，压紧镜片于蜗轮压套内。
所述电机为步进电机。
本发明所达到的技术效果是：本发明四次谐波激光使其经过的光学器件表面的膜层开始降解时，移动装置移动相应的光学器件，使四次谐波激光通过光学器件的其余膜层的未降解处，从而使四次谐波紫外激光器的使用寿命提高。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明第一实施例各自独立直线位移结构的立体图。
图2是本发明第一实施例各自独立直线位移结构的立体分解图。
图3是本发明第二实施例整体模块直线移动结构的结构示意图。
图4是本发明第二实施例整体模块直线移动结构的工作原理图。
图5是本发明第三实施例各自独立旋转位移结构的立体示意图。
【具体实施方式】
本发明四次谐波固体激光器包括一个或多个非线性晶体，多个角度反射镜及平面反射镜等镜片，所述非线生晶体和镜片上都镀有膜层。激光器在产生四次谐波激光的过程中，四次谐波激光经过所述镀有膜层的非线性晶体和镜片表面时，深紫外波长的光会对膜层有极大的破坏作用，膜层开始慢慢降解，直至最后破坏，从而降低了激光器的使用寿命。
本发明的核心是通过设计几种小型精密的位移或旋转结构，改变深紫外光束光斑在膜层上的工作位置。同时由光束大小划分出可移动数目，依次进行移动。由此合理全面地利用整个晶体及镜片上可用膜层：当一个位置的膜层破坏了之后可以在光学精度允许的范围内自动移动至另一个可使用的位置，可使四次谐波紫外激光器寿命可以呈几何数列的倍数增加。
本发明用电机自动控制或手动控制移动紫外激光光路所需经过的非线性晶体和/或镜片，从而使四次谐波激光通过其余非线性晶体和/或镜片膜层的未降解或未破坏处。
本发明移动装置包括各器件各自独立线移动结构、整体模块直线移动型移动结构、单独器件旋转移动结构。下面分别以实施例进行说明：
实施例一：直线移动型
如图1和图2所示，X轴方向的电机1通过X轴安装板2固定，Y轴方向的电机1通过Y轴安装板10固定。X轴方向和Y轴方向的行程螺杆4通过联轴器3联接于电机1的出轴端，行程螺杆4可通过自身的旋转带动滑台面7，而滑台面7的导向部分由滑条5及滑条安装板6共同构成，通过装配消除其配合间隙，起到精密滑动的目的。X轴部分和Y轴部分通过联接支架11结合在一起。
激光光路所经过的激光器件可分别安装在X轴方向上或Y轴方向上，如本实施例中的45度反射镜(未图示)可直接安装或通过一器件如伸长板连接于X轴方向的滑台面7上，而另一些器件如二次或三次谐波晶体及后反镜同时安装在Y轴方向的滑台面7上。另，为了避免在Y轴方向的运动中可能遇到的干涉的情况发生，各晶体及后反镜组成晶体架组件8通过组件安装板9固定于滑台面7上。
微动开关12通过微动开关支架13安装于X轴安装板2上，用于信号检测。
电机1通电启动后自动向微动开关12方向移动，碰撞后停止，加入运动信号后，其通过联轴器3带动行程螺杆4转动，继而带动滑台面7在滑条5上面移动，以使四次谐波光学器件的工作位置发生平移。
上述实施例一的直线移动型是对深紫外激光经过的非线性晶体和镜片采用各自独立线位移结构。其中激光器的一个镜片，如45度反射镜，安装在X轴方向的滑台面7。滑台面7与两滑条5组成一套直线位移导轨结构，其结构中心有行程螺杆4进行驱动，顶部安装有电机1实现自动控制。而激光器的一个非线性晶体及另一个镜片，如后反镜，同时安装至Y轴方向行程的滑台面7上，且此滑台面7通过联接支架11连接X轴方向行程的滑台面7，构成一套十字位移滑台的结构。同样使用行程螺杆及电机，进行自动控制。
实施例二：整体模块直线移动型
激光器在激光产生过程中，先经过二倍频晶体倍频产生绿激光，绿激光再经四倍频非线性晶体产生紫外激光，如图3所示，本发明包括产生二次谐波激光的绿激光出光模块17，产生四次谐波的深紫外激光出光模块15，还包括电机30。本发明将深紫外激光出光部分单独制作成一个模块，而绿激光出光部分形成另一模块。在绿激光出光模块17的出光口处架装一个十字位移导轨31，并将深紫外激光出光模块15的连接处加开导轨滑槽，同时辅以电机30自动控制，通过控制十字方向的两个步进电机，实现其膜层的直线位移。中型XZ平移台组件14安装于深紫外出光组件15外部，同时带动底板16以及反射镜组件18。本实施例中，绿光出光模块17位置固定不动，整体模块直线移动装置带动深紫外出光模块移动。
原理如图4所示：此方案在深紫外出光模块15中的45度反射镜与反射镜组件18中的镜片共同移动，当变换至A、B、C三个不同位置时，最终的出光线路完全不发生改变。两个镜片相互进行了出光的补偿，并且相对前一种方案可以减少一个移动部件。
实施例三：单独器件旋转移动型
如图5所示：电机19通过联轴器20带动蜗杆轴21，蜗杆轴21与蜗轮镜圈22共同构成了一对传动副。
镜片24放置于蜗轮镜圈22中，镜片压圈23进行安装固定。
安装时镜片24正中部分需偏于光路一定距离，通过镜片24的转动，其深紫外膜层旋转变换工作位置，达到整个光学器件使用寿命的目的。
该实施方式为单独器件旋转移动型：对深紫外激光经过的各器件采用各自独立旋转位移结构。以45度镜举全例来说，其镜片24安装至一个环形压套(蜗轮镜圈22)结构中。其压套(蜗轮镜圈22)的外环面加工成蜗轮形式，通过步进电机19带动蜗杆轴21驱动蜗轮形式的压套(蜗轮镜圈22)实现镜片24的转动。同时镜片24需偏于光路一定位置以保证可移动点的增加。
Claims (9)
1.一种四次谐波紫外激光器，包括至少一非线性晶体、至少一镜片，非线性晶体和镜片上镀有膜层，其特征在于：包括移动装置，当激光器的激光光路通过非线性晶体或镜片时，对非线性晶体或镜片上一个位置的膜层破坏时，移动装置可移动非线性晶体或镜片，使非线性晶体或镜片变换位置对准激光光路。
2.如权利要求1所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：所述移动装置包括分别设于X轴和Y轴方向的滑台面、行程螺杆、联轴器和电机，滑台面的导向部分包括滑条和滑条安装板，非线性晶体或镜片分别安装在X轴方向或Y轴方向的滑台面上，行程螺杆安装在滑台面上，联轴器安装在行程螺杆的外部，电机安装在行程螺杆的顶部。
3.如权利要求2所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：所述移动装置还包括联接支架，分别与X轴方向和Y轴方向的滑台面安装连接。
4.如权利要求1或3所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：所述移动装置还包括一微动开关，微动开关通过微动开关支架安装于X轴安装板上。
5.如权利要求1所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：激光器包括深紫外激光出光模块和绿激光出光模块，所述移动装置包括在绿激光出光模块的出光口处架装一个导轨，并将深紫外模块的连接处加开导轨滑槽。
6.如权利要求5所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：所述导轨为十字位移导轨，同时在十字方向分别与电机相连。
7.如权利要求1所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：所述移动装置包括联轴器、蜗杆轴和蜗轮压套，非线性晶体或镜片安装在蜗轮压套中，蜗轮压套与蜗杆轴啮合，蜗杆轴通过联轴器安装在电机上。
8.如权利要求7所述的提高寿命的方法，其特征在于：所述蜗轮压套内还设有镜片压圈，压紧镜片于蜗轮压套内。
9.如权利要求2或6或8所述的四次谐波紫外激光器，其特征在于：所述电机为步进电机。
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|---|---|---|---|---|
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| CN113649686A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-11-16 | 长春工业大学 | 一种激光-超声振动复合辅助切削加工装置 |
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2006
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