CN103715596A - 一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置及方法，可广泛应用于固体紫外激光器的研制等领域。具体是根据实时监测紫外激光功率的衰减变化来控制二维平移台的移动，以实现三倍频晶体物理位置的自动更换调整，解决紫外固体激光器中三倍频晶体采用手工换点时耗时长、更换困难、维护成本高、调试难度大等问题。
Description
技术领域
本发明涉及固体紫外激光器领域，具体是一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置及方法。
背景技术
近年来，随着对小型电子产品和微电子元器件需求的日益增长，聚合物材料的精密处理日渐成为激光在工业应用中发展最快的应用领域之一。紫外激光是处理广泛应用于微电子元器件工业中的塑料(如聚酰亚胺)和金属(如铜)等材料的理想工具。固态激光器的最新技术推动了新一代结构紧凑，全固态的紫外激光器的发展，从而使之成为这个领域中更加经济有效的加工手段。
固体紫外激光器的应用一直以来受限于输出功率不够大，不能够满足加工需要。随着更可靠的半导体泵浦固体技术，以及更为可靠的三倍频机理的发展，情况已有所改变。新的三倍频半导体泵浦固体激光器成为准分子激光器的竞争者，能量密度水平相当，但重复频率更高，光束质量更好。
但是，经过三倍频晶体产生紫外光本身是个非线性光学过程，需要入射光达到很高的功率密度才能够实现，往往需要通过透镜聚焦基频光来实现倍频效应，这样在激光运行时，三倍频晶体就长时间处于很高功率密度的光的照射下。随着工作时间的推移，三倍频晶体会逐渐在出光过程中发生退化，甚至会被打坏，从而导致输出的紫外光功率下降或不能正常工作。因为这个原因,用户在使用过程中每隔一段时间需要对激光器内的三倍频晶体进行换点，即改变三倍频晶体上基频光照射点的位置，以维持紫外光的正常输出。这个过程一般会需要激光器生产厂家派驻专业技术人员到用户现场进行手工操作。手工换点不仅需要昂贵费用、而且会耽误时间、耽误生产运行、有时候还要影响激光输出特性，需要重新对激光光路进行调试。这对于利用紫外激光进行大规模工业化的生产制造是十分不利的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置及方法，具体根据实时监测的紫外激光功率的衰减变化来控制二维平移台的移动，以实现三倍频晶体物理位置的自动更换调整，解决紫外固体激光器中三倍频晶体采用手工换点时耗时长、更换困难、维护成本高、调试难度大等问题。
本发明的技术方案为：
一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置，包括有用于放置三倍频晶体的二维平移台、相对三倍频晶体发射端设置的紫外分光装置、相对紫外分光装置小部分激光能量输出端设置的紫外光滤光片、顺次设置于紫外光滤光片后端的紫外透镜和紫外激光功率检测装置，以及与紫外激光功率检测装置连接的自动控制模块；且所述的自动控制模块与二维平移台连接。
所述的二维平移台上设置有晶体温度控制装置。
所述的控制模块包括有依次连接的网络滤波器、模数转换器和数据处理器组成，所述的网络滤波器与紫外激光功率检测装置连接，所述的数据处理器与二维平移台连接。
一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的方法，包括有以下步骤：
（1）、首先将三倍频晶体放置于二维平移台上，然后激光器进行工作；
（2）、经过激光器的三倍频晶体出射的紫外激光由紫外分光装置分为两束，其中绝大部分激光能量作为激光器的输出光输出，一小部分能量依次经过紫外光滤光片滤掉其它波段的杂散光；
（3）、经过紫外光滤光片的紫外激光再经过紫外透镜后由紫外激光功率检测装置检测，紫外激光功率检测装置的输出信号送入自动控制模块；
（4）、当紫外激光功率检测装置输出信号的激光功率小于自动控制模块中的预先设定的参数，自动控制模块控制二维平移台实施换点操作。
所述的二维平移台采用减速微型步进电机、音圈电机或者纳米电机驱动；所述的二维平移台可以在垂直光传播方向的平面内做二维移动，当二维平移台在该平面内作水平移动时，三倍频晶体跟随二维平移台沿水平方向运动，达到在水平方向上换点的目的；当二维平移台在该平面内作竖直方向运动时，三倍频晶体跟随二维平移台沿竖直方向运动，达到在竖直方向上换点的目的。
在激光器研发装配过程确定好光斑的大小就可以确定三倍频晶体每次换点所要移动的距离，将此距离写入自动控制模块就可以实现每次等距离换点操作。
所述的紫外激光功率检测装置采集过来的模拟信号通过滤波网络器和模数转换器采样后传输给数据处理器，紫外激光功率检测装置采集信号的实际功率值与数据处理器中预设的激光功率值做比较：（1）、当采样所得功率值小于数据处理器中预设的功率值时，数据处理器发出指令将控制二维平移台移动到下一个换点位置，紫外激光功率检测装置再次采样实时功率，当实时功率值大于预设值时完成换点操作；（2）、当采样的实际功率值大于数据处理器中预设的功率值时，紫外激光功率检测装置和自动控制模块继续进入下一个采样循环。
本发明的优点：
（1）、本发明可以在不用人工干预的情况下，自动对三倍频晶体进行迅速可靠的换点操作，换点过程快捷简便，无需额外调试；
（2）、由于本发明所涉及装置的移动平台是一个二维平移台，在两个维度上均可以调整三倍频晶体的位置，使可换点的数量大幅增加，从而可以大幅降低半导体泵浦紫外激光器需要更换整块晶体的次数，降低维护成本；
（3）、本发明在激光功率刚出现衰减时就自动进行换点，即避免了更长时间的工作导致三倍频晶体被打坏，从而使激光器无法正常工作，也解决了手工换点费用昂贵、而且会耽误时间、耽误生产运行、有时候还要影响激光输出特性，需要重新对激光光路进行调试等问题。
附图说明
图1是本发明固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置的结构示意图。
具体实施方式
见图1，一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置，包括有用于放置三倍频晶体1的二维平移台3、设置于二维平移台3上的晶体温度控制装置2、相对三倍频晶体1发射端设置的紫外分光装置4、相对紫外分光装置4小部分激光能量输出端设置的紫外光滤光片5、顺次设置于紫外光滤光片5后端的紫外透镜6和紫外激光功率检测装置7，以及与紫外激光功率检测装置7连接的自动控制模块8；且自动控制模块8与二维平移台3连接。
其中，控制模块8包括有依次连接的网络滤波器、模数转换器和数据处理器组成，网络滤波器与紫外激光功率检测装置连接，数据处理器与二维平移台连接。
一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的方法，包括有以下步骤：
（1）、首先将三倍频晶体1放置于二维平移台3上，然后激光器进行工作；
（2）、经过激光器的三倍频晶体1出射的紫外激光由紫外分光装置4分为两束，其中绝大部分激光能量作为激光器的输出光输出，一小部分能量依次经过紫外光滤光片5滤掉其它波段的杂散光；
（3）、经过紫外光滤光片5的紫外激光再经过紫外透镜6后由紫外激光功率检测装置7检测，紫外激光功率检测装置7的输出信号送入自动控制模块8；
（4）、紫外激光功率检测装置采集过来的模拟信号传输给自动控制模块8的滤波网络器，然后通过滤波网络器和模数转换器采样后传输给数据处理器，紫外激光功率检测装置采集信号的实际功率值与数据处理器中预设的激光功率值做比较：（1）、当采样所得功率值小于数据处理器中预设的功率值时，数据处理器发出指令将控制二维平移台移动到下一个换点位置，紫外激光功率检测装置再次采样实时功率，当实时功率值大于预设值时完成换点操作；（2）、当采样的实际功率值大于数据处理器中预设的功率值时，紫外激光功率检测装置和自动控制模块继续进入下一个采样循环。
其中，二维平移台3采用减速微型步进电机、音圈电机或者纳米电机驱动；二维平移台3可以在垂直光传播方向的平面内做二维移动，当二维平移台3在该平面内作水平移动时，三倍频晶体1跟随二维平移台3沿水平方向运动，达到在水平方向上换点的目的；当二维平移台3在该平面内作竖直方向运动时，三倍频晶体1跟随二维平移台3沿竖直方向运动，达到在竖直方向上换点的目的。
在实际操作中，可以根据晶体的大小以及激光光斑的大小将晶体分为一定数量的可换点区域，并依次编号。在实施换点时可按编号顺序依次换点。
Claims (6)
1.一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置，其特征在于：包括有用于放置三倍频晶体的二维平移台、相对三倍频晶体发射端设置的紫外分光装置、相对紫外分光装置小部分激光能量输出端设置的紫外光滤光片、顺次设置于紫外光滤光片后端的紫外透镜和紫外激光功率检测装置，以及与紫外激光功率检测装置连接的自动控制模块；且所述的自动控制模块与二维平移台连接。
2.根据权利要求1所述的一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置，其特征在于：所述的二维平移台上设置有晶体温度控制装置。
3.根据权利要求1所述的一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的装置，其特征在于：所述的控制模块包括有依次连接的网络滤波器、模数转换器和数据处理器组成，所述的网络滤波器与紫外激光功率检测装置连接，所述的数据处理器与二维平移台连接。
4.一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）、首先将三倍频晶体放置于二维平移台上，然后激光器进行工作；
（2）、经过激光器的三倍频晶体出射的紫外激光由紫外分光装置分为两束，其中绝大部分激光能量作为激光器的输出光输出，一小部分能量依次经过紫外光滤光片滤掉其它波段的杂散光；
（3）、经过紫外光滤光片的紫外激光再经过紫外透镜后由紫外激光功率检测装置检测，紫外激光功率检测装置的输出信号送入自动控制模块；
（4）、当紫外激光功率检测装置输出信号的激光功率小于自动控制模块中的预先设定的参数，自动控制模块控制二维平移台实施换点操作。
5.根据权利要求1所述的一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的方法，其特征在于：所述的二维平移台采用减速微型步进电机、音圈电机或者纳米电机驱动；所述的二维平移台可以在垂直光传播方向的平面内做二维移动，当二维平移台在该平面内作水平移动时，三倍频晶体跟随二维平移台沿水平方向运动，达到在水平方向上换点的目的；当二维平移台在该平面内作竖直方向运动时，三倍频晶体跟随二维平移台沿竖直方向运动，达到在竖直方向上换点的目的。
6.根据权利要求1所述的一种固体紫外激光器三倍频晶体自动换点的方法，其特征在于：所述的紫外激光功率检测装置采集过来的模拟信号通过滤波网络器和模数转换器采样后传输给数据处理器，紫外激光功率检测装置采集信号的实际功率值与数据处理器中预设的激光功率值做比较：（1）、当采样所得功率值小于数据处理器中预设的功率值时，数据处理器将发出指令将控制二维平移台移动到下一个换点位置，紫外激光功率检测装置再次采样实时功率，当实时功率值大于预设值时完成换点操作；（2）、当采样的实际功率值大于数据处理器中预设的功率值时，紫外激光功率检测装置和自动控制模块继续进入下一个采样循环。
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