CN106785874A - 激光器及其倍频模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光器及其倍频模组。倍频模组包括倍频晶体、分色镜及基频全反射镜。当基频全反射镜位于第一位置时，基频全反射镜遮挡倍频晶体的入射端，以使基频激光无法进入倍频晶体。因此，基频激光经过反射后可直接输出。移动基频全反射镜至第二位置时，基频激光可进入倍频晶体实现倍频，以得到倍频激光。进一步的，包含有倍频激光的混合光束经分色镜分色后，倍频激光部分被反射，从而实现倍频激光的输出。在上述激光器及其倍频模组中，通过调整基频全反射镜的位置即可进行输出基频激光与输出倍频激光两种模式的切换，从而实现两种不同频率的激光输出。

Description

激光器及其倍频模组
技术领域
本发明涉及激光的技术领域，特别涉及一种激光器及其倍频模组。
背景技术
激光作为近代科学技术中的重大发明之一，广泛应用于冷加工领域。特别是在非金属以及精密加工中，激光的应用价值尤其突出。现有激光技术基本是通过808nm或880nm半导体泵浦激光晶体或利用线偏振发生器产生1064nm的激光束。
而随着全球对精细加工的需求日益增加，使得532nm绿光激光的应用领域不断扩大。因此，需要对产生的基频1064nm激光束进行变频，以得到倍频的532nm绿光激光。目前，市面上的绿光激光器多采用固体倍频的方案。即在激光器的腔内或者腔外设置倍频晶体，使激光束通过倍频晶体来实现激光由1064nm到532nm的转换。
然而，目前的绿光激光器只能输出经过变频后的532nm激光束，而不能输出基频的1064nm激光。但有些场景则需要1064nm及532nm两种频率的激光同时使用。这样，就需要准备两个激光器分别输出不同频率的激光束才能满足需求，这将会使得成本升高，也使得操作不方便。
发明内容
基于此，有必要针对现有激光器只能输出一种频率激光的问题，提供一种能输出两种不同频率激光的激光器及其倍频模组。
一种倍频模组，包括：
倍频晶体，包括入射端及出射端，基频激光可经所述入射端进入所述倍频晶体，并从所述出射端输出频率加倍的倍频激光与所述基频激光的混合光束；
分色镜，与所述出射端相对设置并相对于所述倍频晶体的轴线倾斜，所述混合光束可出射至所述分色镜，以使所述基频激光发生透射及所述倍频激光发生反射；及
活动设置的基频全反射镜，可设置于第一位置及第二位置，所述基频全反射镜位于第一位置时，所述基频全反射镜遮挡所述入射端，以使所述基频激光发生反射，所述基频全反射镜位于所述第二位置时，避位所述入射端，以使所述基频激光进入所述倍频晶体。
在其中一个实施例中，还包括光束整形组件，所述光束整形组件与所述入射端相对设置并耦合，所述基频激光经所述光束整形组件输出后，进入所述倍频晶体。
在其中一个实施例中，所述光束整形组件包括相对且平行设置的凸透镜及凹透镜，且所述凸透镜与所述凹透镜的相对位置可调。
在其中一个实施例中，所述基频全反射镜通过滑动和/或转动，以实现在所述第一位置与所述第二位置之间进行切换。
在其中一个实施例中，所述基频全反射镜位于所述第一位置时，所述基频全反射镜与所述分色镜平行设置。
在其中一个实施例中，还包括与所述基频全反射镜的入射面相对设置的第一输出反射镜及与所述分色镜的入射面相对设置的第二输出反射镜，且所述第一输出反射镜与所述第二输出反射镜平行设置。
在其中一个实施例中，在垂直于所述倍频晶体轴线的方向上所述第一输出反射镜与所述第二输出反射镜的距离，小于在沿所述倍频晶体轴线的方向上所述基频全反射镜与所述分色镜的距离。
在其中一个实施例中，所述基频全反射镜、所述分色镜、所述第一输出反射镜及所述第二输出反射镜均与所述倍频晶体的轴线呈45度夹角。
在其中一个实施例中，还包括激光回收组件，所述激光回收组件的入射面与所述分色镜的出射面相对设置，且从所述分色镜透射的基频激光经所述激光回收组件传导后可进入所述倍频晶体内。
一种激光器，其特征在于，包括：
壳体；
安装于所述壳体内的激光发生装置，用于产生基频激光；及
如上述优选实施例中任一项所述的倍频模组，所述倍频模组安装于所述壳体内并与所述激光发生装置相耦合，以使所述基频激光进入所述倍频模组。
上述激光器及其倍频模组，当基频全反射镜位于第一位置时，基频全反射镜遮挡倍频晶体的入射端，以使基频激光无法进入倍频晶体。因此，基频激光经过反射后可直接输出。移动基频全反射镜至第二位置时，基频激光可进入倍频晶体实现倍频，以得到倍频激光。进一步的，包含有倍频激光的混合光束经分色镜分色后，倍频激光部分被反射，从而实现倍频激光的输出。在上述激光器及其倍频模组中，通过调整基频全反射镜的位置即可进行输出基频激光与输出倍频激光两种模式的切换，从而实现两种不同频率的激光输出。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中倍频模块的基频全反射镜位于第一位置时的结构示意图；
图2为图1所示倍频模块中基频全反射镜位于第二位置时的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的激光器包括壳体(图未示)、激光发生装置(图未示)及倍频模组100。
壳体具有内部空腔结构，用于收容激光发生装置及倍频模组100。壳体还设有激光输出通道，用于所需频率的激光输出。
激光发生装置安装于壳体内，用于产生基频激光。具体在本实施例中，基频激光为1064nm激光。其中，激光发生装置可以为固体激光发生器、光纤激光发生器及其他线偏振激光发生器中的任意一种。
倍频模组100安装于壳体内并与激光发生装置相耦合，以使激光发生装置产生的基频激光进述倍频模组100。其中，倍频模组100包括倍频晶体110、分色镜120及基频全反射镜130。倍频模组100的各部分可直接安装于壳体上，也可安装于支架(图未示)上，再通过支架安装于壳体。
倍频晶体110包括入射端及出射端。其中，入射端与出射端分别位于倍频晶体110轴线的两端。倍频晶体110可以为KTP、KDP、LBO及BBO等倍频晶体。原入射的基频激光可经入射端进入倍频晶体110，基频激光在倍频晶体110内频率加倍，便可得到倍频激光。具体在本实施例中，倍频激光为532nm绿光激光。但是，由于倍频晶体110无法对基频激光实现百分百的转化。因此，从出射端输出的是频率加倍的倍频激光与基频激光的混合光束。
分色镜120与倍频晶体110的出射端相对设置并相对于倍频晶体110的轴线倾斜。分色镜120具有对基频激光起到增透作用，而使倍频激光发生全反射的特性。因此，混合光束出射至分色镜120时，其中基频激光的部分透射至分色镜120的背面，而倍频激光部分则发生反射。因此，基频激光与倍频激光实现分离，进而得到纯净的倍频激光。进一步的，倍频激光被反射进入壳体内的激光输出通道内，便可使激光器实现倍频激光的输出。
基频全反射镜130具有使基频激光发生全反射的特性。基频全反射镜130活动设置，基频全反射镜130可设置于第一位置及第二位置。具体在本实施例中，基频全反射镜130通过滑动和/或转动，以实现在第一位置与第二位置之间进行切换。进一步的，基频全反射镜130通过电机驱动。需要调整基频全反射镜130的位置时，则电机启动，以驱使基频全反射镜130在壳体内转动或滑动。
基频全反射镜130位于第一位置时，基频全反射镜130遮挡入射端，以使基频激光发生反射。因此，原入射的基频激光不能进入倍频晶体110。而基频全反射镜130位于第二位置时，避位入射端，以使原入射的基频激光进入倍频晶体110。
倍频模组100包括两条光路，分别为第一光路及第二光路。其中，第一光路包括基频全反射镜130、第二光路包括倍频警惕光110及分色镜120。
通过切换基频全反射镜130的位置，可使激光光束在两个光路之间进行切换。基频全反射镜130位于第一位置时，激光光束沿第一光路传输，基频激光无法进入倍频晶体110时，且经过反射可进入激光输出通道，从而使激光器实现基频激光的直接输出。而移动基频全反射镜130至第二位置时，，激光光束沿第二光路传输，基频激光可进入倍频晶体110实现倍频。进一步的，经分色镜120分色得到的纯净的倍频激光经过反射进入激光输出通道，使激光器实现倍频激光的输出。因此，倍频模组100通过调整基频全反射镜130的位置便可实现两种不同频率的激光输出。
在本实施例中，倍频模组100还包括光束整形组件140。光束整形组件140与入射端相对设置并耦合，基频激光经光束整形组件140输出后，进入倍频晶体110。
具体的，激光发生装置产生的基频激光先进入光束整形组件140中，通过光束整形组件140对基频激光的光斑进行调整后再向倍频晶体110传输，从而提升倍频晶体110对基频激光的转化效率。其中，第一光路及第二光路均包括光束整形组件140。
进一步的，在本实施例中，光束整形组件140包括相对且平行设置的凸透镜141及凹透镜143，且凸透镜141与凹透镜143的相对位置可调。
通过对基频激光的光束进行缩束、扩束或者聚焦，可实现对光斑形状的调整。而根据激光发生装置类型的不同，会造成基频激光的入射光斑存在差异。因此，需要不同的整形方案以适应不同类型的激光发生装置。具体的，凸透镜141与凹透镜143可分别对光束起到汇聚及发散的作用。而通过调节两者之间的相对位置，便可针对不同的入射光斑进行调整，从而将不同类型的入射光斑均整形成所需的形状。
在本实施例中，基频全反射镜130位于第一位置时，基频全反射镜130与分色镜120平行设置。
从基频全反射镜130及分色镜120反射出的基频激光及倍频激光，将分别作为激光器的两种不同频率的激光输出。因此，将基频全反射镜130与分色镜120平行设置，可使两种不同频率的激光输出的光束平行。进一步的，上述两种不同频率的平行光束便可共用激光输出通道，从而可使壳体结构紧凑并有利于缩小激光器的体积。
进一步的，在本实施例中，倍频模组100还包括第一输出反射镜150及第二输出反射镜160。第一输出反射镜150及第二输出反射镜160分别与基频全反射镜130的入射面及分色镜120的入射面相对设置。
第一输出反射镜150及第二输出反射镜160分别可使基频激光及倍频激光在其表面发生全反射。其中，未进入倍频晶体110中的基频激光经基频反射镜130反射后，可从第一输出反射镜150的表面入射，并发生进一步的全反射。从分色镜120上反射出的倍频激光则可从第二输出反射镜160的表面入射，并发生进一步的全反射。因此，第一输出反射镜150及第二输出反射镜160可改变激光器中两种不同频率的激光输出的输出方向。第一输出反射镜150及第二输出反射镜160分别作为第一光路及第二光路的元件。
而且，第一输出反射镜150与第二输出反射镜160平行设置。也就是说，经过第一输出反射镜150与第二输出反射镜160改变输出方向后，种不同频率的激光输出的光束依然平行。
更进一步的，在本实施例中，在垂直于倍频晶体110轴线的方向上，第一输出反射镜150与第二输出反射镜160的距离，小于在沿倍频晶体110轴线的方向上基频全反射镜130与分色镜120的距离。
具体的，由于经过第一输出反射镜150及第二输出反射镜160反射后，两种不同频率的激光输出的光束的间距，等于第一输出反射镜150与第二输出反射镜160在垂直于倍频晶体110轴线方向上的距离。因此，经过第一输出反射镜150及第二输出反射镜160改变方向后，两种不同频率的激光输出的光束间距减小，故激光输出通道的尺寸可以进一步缩小，从而有利于进一步缩小激光器的体积。
更进一步的，在本实施例中，基频全反射镜130、分色镜120、第一输出反射镜150及第二输出反射镜160均与倍频晶体110的轴线呈45度夹角。
因此，输出的基频激光以及倍频激光都会经过两次45度的反射，从而使得激光器最终输出的光束与原入射的基频激光的光束平行，进而壳体的结构可设计得更加紧凑，以更一步缩小激光器的体积。
此外，为了提升能源利用效率，本实施例中的倍频模组100还包括激光回收组件(图未示)。激光回收组件的入射面与分色镜120的出射面相对设置，且从分色镜120透射的基频激光经激光回收组件传导后可进入倍频晶体110内。
由于倍频晶体110的转化效率有限，故混合光束中包含相当一部分未被转化的基频激光。因此，混合光束经过分色镜120后会有很大一部分的基频激光经出射面出射。若任由其散射，将造成能源浪费。通过激光回收组件可将未被转化的基频激光再次输入倍频晶体110中，从而有效提升能源利用率。
上述激光器及其倍频模组100，当基频全反射镜130位于第一位置时，基频全反射镜130遮挡倍频晶体110的入射端，以使基频激光无法进入倍频晶体110。因此，基频激光经过反射后可直接输出。移动基频全反射镜130至第二位置时，基频激光可进入倍频晶体110实现倍频，以得到倍频激光。进一步的，包含有倍频激光的混合光束经分色镜120分色后，倍频激光部分被反射，从而实现倍频激光的输出。在上述激光器及其倍频模组100中，通过调整基频全反射镜130的位置即可进行输出基频激光与输出倍频激光两种模式的切换，从而实现两种不同频率的激光输出。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种倍频模组，其特征在于，包括：
倍频晶体，包括入射端及出射端，基频激光可经所述入射端进入所述倍频晶体，并从所述出射端输出频率加倍的倍频激光与所述基频激光的混合光束；
分色镜，与所述出射端相对设置并相对于所述倍频晶体的轴线倾斜，所述混合光束可出射至所述分色镜，以使所述基频激光发生透射及所述倍频激光发生反射；及
活动设置的基频全反射镜，可设置于第一位置及第二位置，所述基频全反射镜位于第一位置时，所述基频全反射镜遮挡所述入射端，以使所述基频激光发生反射，所述基频全反射镜位于所述第二位置时，避位所述入射端，以使所述基频激光进入所述倍频晶体。
2.根据权利要求1所述的倍频模组，其特征在于，还包括光束整形组件，所述光束整形组件与所述入射端相对设置并耦合，所述基频激光经所述光束整形组件输出后，进入所述倍频晶体。
3.根据权利要求2所述的倍频模组，其特征在于，所述光束整形组件包括相对且平行设置的凸透镜及凹透镜，且所述凸透镜与所述凹透镜的相对位置可调。
4.根据权利要求1所述的倍频模组，其特征在于，所述基频全反射镜通过滑动和/或转动，以实现在所述第一位置与所述第二位置之间进行切换。
5.根据权利要求1所述的倍频模组，其特征在于，所述基频全反射镜位于所述第一位置时，所述基频全反射镜与所述分色镜平行设置。
6.根据权利要求5所述的倍频模组，其特征在于，还包括与所述基频全反射镜的入射面相对设置的第一输出反射镜及与所述分色镜的入射面相对设置的第二输出反射镜，且所述第一输出反射镜与所述第二输出反射镜平行设置。
7.根据权利要求6所述的倍频模组，其特征在于，在垂直于所述倍频晶体轴线的方向上所述第一输出反射镜与所述第二输出反射镜的距离，小于在沿所述倍频晶体轴线的方向上所述基频全反射镜与所述分色镜的距离。
8.根据权利要求7所述的倍频模组，其特征在于，所述基频全反射镜、所述分色镜、所述第一输出反射镜及所述第二输出反射镜均与所述倍频晶体的轴线呈45度夹角。
9.根据权利要求1至8任一项所述的倍频模组，其特征在于，还包括激光回收组件，所述激光回收组件的入射面与所述分色镜的出射面相对设置，且从所述分色镜透射的基频激光经所述激光回收组件传导后可进入所述倍频晶体内。
10.一种激光器，其特征在于，包括：
壳体；
安装于所述壳体内的激光发生装置，用于产生基频激光；及
如上述权利要求1至9任一项所述的倍频模组，所述倍频模组安装于所述壳体内并与所述激光发生装置相耦合，以使所述基频激光进入所述倍频模组。
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