CN102487175A

CN102487175A - 激光输出方法与激光输出装置

Info

Publication number: CN102487175A
Application number: CN2010106056731A
Authority: CN
Inventors: 樊仲维; 王培峰; 石朝辉; 康志军; 黄科; 周密; 闫晓超
Original assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-06-06

Abstract

本发明公开了一种激光输出方法，用于稳定输出低功率激光，包括以下步骤：激光输出元件输出线偏振激光；线偏振激光垂直入射到四分之一波片的入射平面，并从四分之一波片的透射平面输出透射激光；透射激光入射到偏振分光元件的入射平面，并从反射平面输出垂直偏振光，从透射平面输出水平偏振光；残余光收集器将垂直偏振光收集。本发明还公开了一种激光输出装置。本发明所公开的激光输出方法与装置，实现了激光器的低功率下稳定工作，并且激光输出可实现连续变化，得到连续变化的激光功率。

Description

激光输出方法与激光输出装置

技术领域

本发明涉及激光器，尤其涉及激光输出方法与激光输出装置。

背景技术

随着激光技术的发展，激光器在工业加工应用中越来越广泛，如激光打标、激光调阻、激光太阳能电池划膜、激光打孔、激光液晶修复等。这些工业应用都对激光功率的稳定性有着严格的要求。尤其需要激光在阈值功率下进行加工的情况下，超过阈值功率，将会损坏加工元件或影响加工效果。激光器在阈值条件下处于非稳定的工作状态，其功率波动受外界条件影响明显。因此，需考虑如何实现激光器低功率下的稳定运转。目前，一种方法是采用增加外光路的激光损耗，从而实现加工作业面上的激光低功率，但是这种方法对功率控制无法量化，不能连续改变所需激光加工功率。另一种方法是人为污染激光传输镜片，从而降低传输效率，间接提高激光实际工作功率，保证加工功率处于低功率状态稳定工作，但是这种方法容易在大功率下损伤光学元件。

由此可见，实现激光器低功率下的稳定运转有待改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现激光器低功率下稳定运转的激光输出方法与激光输出装置。

为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种激光输出方法，用于稳定输出低功率激光，包括以下步骤：激光输出元件输出线偏振激光；线偏振激光垂直入射到四分之一波片的入射平面，并从四分之一波片的透射平面输出透射激光；透射激光入射到偏振分光元件的入射平面，并从反射平面输出垂直偏振光，从透射平面输出水平偏振光；残余光收集器将垂直偏振光收集。

进一步地，激光输出元件输出线偏振激光这一步骤包括以下步骤：激光器输出激光；判断是否为线偏振激光；若是线偏振激光，则直接输出，所述激光输出元件为线偏振激光器；若不是线偏振激光，则通过起偏器，产生线偏振激光并输出，所述激光输出元件包括非线偏振激光器与起偏器。

进一步地，还包括以下步骤：所述四分之一波片的晶轴与线偏振光的夹角连续旋转使得所述透射激光的偏振度连续变化；所述透射激光的偏振度连续变化地输入所述偏振分光元件，使得所述偏振分光元件所输出的水平偏振光的功率连续变化。

进一步地，所述起偏器为偏振分光棱镜或者偏振分光片。

进一步地，所述偏振分光元件为偏振分光棱镜，激光垂直入射进入该偏振分光棱镜；或者所述偏振分光元件为偏振分光片，激光以布诺斯特角入射进入该偏振分光片。

本发明还提供了一种激光输出装置，用于稳定输出低功率激光，包括：激光输出元件，输出线偏振激光；四分之一波片，通过入射平面入射所述线偏振激光，通过透射平面输出透射激光；偏振分光元件，通过入射平面所述透射激光，并通过反射平面输出垂直偏振光，通过透射平面输出水平偏振光；残余光收集器，用于收集所述垂直偏振光。

本发明提供的激光输出方法与装置，通过四分之一波片与偏振分光元件实现了激光器的低功率下稳定工作；通过调节四分之一波片的晶轴角度，激光输出可实现连续变化，得到连续变化的激光功率。

附图说明

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明激光输出装置第一种实施例的示意图；

图2是本发明激光输出装置第二种实施例的示意图；

图3是本发明激光输出装置第三种实施例的示意图；

图4是本发明激光输出装置第四种实施例的示意图；

图5是本发明激光输出方法的流程图。

具体实施方式

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

如图1所示，是激光输出装置第一种实施例的示意图。该激光输出装置包括激光输出元件10，四分之一波片20，偏振分光元件30与残余光收集器40。

激光输出元件10输出线偏振激光，在本实施方式中，激光输出元件10为线偏振激光器。该线偏振激光器输出连续功率大于10W，偏振度大于100∶1的激光，为了使加工端激光在低功率下稳定工作，工作电流远大于阈值电流。本实施方式中的线偏振激光器可以是绿光激光器，也可以是紫外激光器等加工所需要的激光。

四分之一波片20通过入射平面入射线偏振激光，通过透射平面输出透射激光。该四分之一波片的晶轴与线偏振光的夹角连续旋转，四分之一波片的晶轴与线偏振光的夹角连续旋转使得透射激光的偏振度连续变化；透射激光的偏振度连续变化地输入偏振分光元件，使得偏振分光元件所输出的水平偏振光的功率连续变化。例如，晶轴与入射角由0度变化到90度时，在0度到45度之间输出激光的偏振状态逐步从线偏振至椭圆偏振再至圆偏振逐步转换，从45度至90度之间输出激光的偏振状态从圆偏振至椭圆偏振再至线偏振逐步转换；而偏振光的功率由0度至90度时从最高连续变换至最低。在本实施方式中，四分之一波片可以采用多级波片，也可采用胶合零级波片。根据不同的激光波长需求，选择的波片需与之对应，且镀相应的波长高透射介质膜。

偏振分光元件30通过入射平面透射激光，并通过反射平面输出垂直偏振光，通过透射平面输出水平偏振光。在本实施方式中，偏振分光元件为偏振分光棱镜，偏振分光棱镜为立方体式的双片胶合棱镜，中间胶合偏振分光膜，对水平偏振光透射，对垂直偏振光反射。

残余光收集器40用于收集垂直偏振光。

在加工平面前用激光功率计测试激光功率，旋转四分之一波片的晶轴角度，使测到的激光功率达到激光加工应用激光功率的要求，最后进行激光加工。

如图2所示，是激光输出装置第二种实施例的示意图。在本实施方式中，偏振分光元件30采用的是偏振分光片。偏振分光片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使水平偏振光和垂直偏振光一种透过，一种遮蔽。包括偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压。其应用特性是光在以布儒斯特角入射情况下，水平偏振光完全透射，垂直偏振光完全反射。

如图3所示，是激光输出装置第三种实施例的示意图。在本实施方式中，激光输出元件10中的激光器为非线偏振激光器101，该非线偏振激光器101输出的激光为非线偏振激光。因此，使用一个起偏器103，对非线偏振激光起偏并输出线偏振激光。本实施方式中，起偏器103可以是偏振分光棱镜。本实施方式还包括一个残余光收集器105用于收集该偏振分光棱镜反射的残余光。

如图4所示，是激光输出装置第四种实施例的示意图。在本实施方式中，激光输出元件10包括非线偏振激光器101与起偏器103，本实施方式中的起偏器103为偏振分光片。还包括一个残余光收集器105收集该偏振分光片反射的残余光。作为起偏器的偏振分光片透射输出线偏振激光。

如图5所示，是激光输出方法的流程图。

步骤S100中，激光输出元件10输出线偏振激光。具体为：激光器输出激光；判断是否为线偏振激光；若是线偏振激光，则直接输出，激光输出元件10为线偏振激光器；若不是线偏振激光，则非偏振激光通过起偏器103，产生线偏振激光并输出，激光输出元件10包括非线偏振激光器101与起偏器103，本实施方式中的激光器为调Q激光器或者连续光激光器。

步骤S102中，线偏振激光垂直入射到四分之一波片的入射平面，并从四分之一波片20的透射平面输出透射激光。

步骤S104中，透射激光入射到偏振分光元件的入射平面，并从反射平面输出垂直偏振光，从透射平面输出水平偏振光。其中，从偏振分光元件30投射输出的水平偏振光为低功率稳定激光。在本实施方式中，偏振分光元件30与起偏器均为偏振分光棱镜或者偏振分光片。在偏振分光元件为偏振分光棱镜，激光垂直入射进入该偏振分光棱镜，从而实现分光；在偏振分光元件为偏振分光片，激光以布诺斯特角入射进入该偏振分光片，从而实现分光。偏振分光棱镜呈立方体型，是双片胶合棱镜，中间胶合偏振分光膜。偏振片包括偏振膜、内保护膜、压敏胶层以及外保护膜层。

步骤S104中，残余光收集器40将垂直偏振光收集。

在本实施方式中，四分之一波片20将激光输出偏振状态进行改变。若为线偏振光入射到四分之一波片20，且偏振方向与晶片光轴方向的夹角θ＝45°，则穿出波片的光为圆偏振光；反之，圆偏振光通过四分之一波片20后变为线偏振光。则改变θ角的大小，则输出激光的偏振状态也将在圆偏振、椭圆偏振还有线偏振之间转换。因此，四分之一波片20的偏振方向与晶片光轴方向的夹角连续旋转，透射激光的偏振度连续变化；透射激光通过偏振分光元件30，水平偏振光的功率连续变化。不管所需加工激光的功率有多小，只要改变四分之一波片20的偏振方向与晶片光轴方向的夹角，便能够实现相应激光功率的输出，且激光稳定工作，功率稳定度与激光器初始输出的激光稳定度一致。本实施方式中，四分之一波片20可采用手动调节，也可采用马达电动调节。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种激光输出方法，用于稳定输出低功率激光，其特征在于，包括以下步骤：

激光输出元件输出线偏振激光；

所述线偏振激光垂直入射到四分之一波片的入射平面，并从所述四分之一波片的透射平面输出透射激光；

所述透射激光入射到偏振分光元件的入射平面，并从反射平面输出垂直偏振光，从透射平面输出水平偏振光；

残余光收集器将所述垂直偏振光收集。

2.根据权利要求1所述的激光输出方法，其特征在于，激光输出元件输出线偏振激光这一步骤包括以下步骤：

激光器输出激光；

判断所述激光是否为线偏振激光；

若是线偏振激光，则直接输出，所述激光输出元件为线偏振激光器；

若不是线偏振激光，则非偏振激光通过起偏器，产生线偏振激光并输出，所述激光输出元件包括非线偏振激光器与起偏器。

3.根据权利要求2所述的激光输出方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述四分之一波片的晶轴与线偏振光的夹角连续旋转使得所述透射激光的偏振度连续变化；

所述透射激光的偏振度连续变化地输入所述偏振分光元件，使得所述偏振分光元件所输出的水平偏振光的功率连续变化。

4.根据权利要求1所述的激光输出方法，其特征在于：所述起偏器为偏振分光棱镜或者偏振分光片。

5.根据权利要求1所述的激光输出方法，其特征在于：所述偏振分光元件为偏振分光棱镜，激光垂直入射进入该偏振分光棱镜；或者所述偏振分光元件为偏振分光片，激光以布诺斯特角入射进入该偏振分光片。

6.一种激光输出装置，用于稳定输出低功率激光，其特征在于，包括：

激光输出元件，输出线偏振激光；

四分之一波片，通过入射平面入射所述线偏振激光，通过透射平面输出透射激光；

偏振分光元件，通过入射平面所述透射激光，并通过反射平面输出垂直偏振光，通过透射平面输出水平偏振光；

残余光收集器，用于收集所述垂直偏振光。

7.根据权利要求6所述的激光输出装置，其特征在于：所述偏振分光元件为偏振分光棱镜，激光垂直入射进入该偏振分光棱镜；或者所述偏振分光元件为偏振分光片，激光以布诺斯特角入射进入该偏振分光片。

8.根据权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于：所述四分之一波片的晶轴与线偏振光的夹角连续旋转，所述四分之一波片的晶轴与线偏振光的夹角连续旋转使得所述透射激光的偏振度连续变化；所述透射激光的偏振度连续变化地输入所述偏振分光元件，使得所述偏振分光元件所输出的水平偏振光的功率连续变化。

9.根据权利要求8所述的激光输出装置，其特征在于：所述激光输出元件是线偏振激光器。

10.根据权利要求8所述的激光输出装置，其特征在于：所述激光输出元件包括非线偏振激光器与起偏器，所述非线偏振激光器输出非线偏振激光，由起偏器起偏后输出线偏振激光。