CN112269260B - 激光切换装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种激光切换装置和方法，该装置包括沿激光出射方向依次设置的第一基频光偏振片、基频光1/2波片、倍频晶体、第二基频光偏振片、基频光和倍频光双波长偏振片、倍频光1/2波片、四倍频晶体以及倍频光和四倍频光双波长偏振片所形成的光路；其中，基频光1/2波片、第二基频光偏振片、基频光和倍频光双波长偏振片、倍频光1/2波片以及倍频光和四倍频光双波长偏振片中的一项或多项可被移出光路以使得光路出射不同波长的激光。本申请能够实现三种波长的激光自由切换且同轴输出。

Description

激光切换装置和方法
技术领域
本申请涉及激光技术领域，尤其是涉及一种激光切换装置和方法。
背景技术
目前市场上大部分激光器为单一波长输出，在科研、医疗和工业加工等领域，多数激光器需要输出两种、三种波长，且多种波长需同轴输出，尤其是工业加工领域为了满足不同材料的选择性加工，需要基频光、倍频光和四倍频光交替切换输出，通常采用三种波长激光器或同一台激光器腔外频率变换获得三种波长输出，但是加工设备需对三种波长激光分别搭建加工系统，设备结构复杂，增加用户的安装使用难度，额外增加成本，不利于激光加工产业发展。
发明内容
为了降低设备复杂度，减少用户安装使用的难度，本申请提供一种激光切换装置和方法。
第一方面，本申请提供了一种激光切换装置，包括：
沿激光出射方向依次设置的第一基频光偏振片、基频光1/2波片、倍频晶体、第二基频光偏振片、基频光和倍频光双波长偏振片、倍频光1/2波片、四倍频晶体以及倍频光和四倍频光双波长偏振片所形成的光路；
其中，所述基频光1/2波片、所述第二基频光偏振片、所述基频光和倍频光双波长偏振片、所述倍频光1/2波片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片中的一项或多项可被移出所述光路以使得所述光路出射不同波长的激光。
优选的，所述第二基频光偏振片的厚度、所述基频光和倍频光双波长偏振片的厚度以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片的厚度依次递减；所述第一基频光偏振片、所述第二基频光偏振片以及所述基频光和倍频光双波长偏振片的倾斜方向相同；所述倍频光和四倍频光双波长偏振片的倾斜方向与所述第一基频光偏振片的倾斜方向、所述第二基频光偏振片的倾斜方向或所述基频光和倍频光双波长偏振片的倾斜方向相反。
优选的，所述第一基频光偏振片、所述第二基频光偏振片、所述基频光和倍频光双波长偏振片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片均与所述光路的光轴呈预设角度倾斜设置。
优选的，在所述光路出射基频光时，所述光路包括沿激光出射方向依次设置的所述第一基频光偏振片、所述倍频晶体、所述第二基频光偏振片以及所述四倍频晶体。
优选的，在所述光路出射倍频光时，所述光路包括沿激光出射方向依次设置的所述第一基频光偏振片、所述基频光1/2波片、所述倍频晶体、所述基频光和倍频光双波长偏振片、所述四倍频晶体以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片。
优选的，在所述光路出射四倍频光时，所述光路包括沿激光出射方向依次设置的所述第一基频光偏振片、所述基频光1/2波片、所述倍频晶体、所述基频光和倍频光双波长偏振片、所述倍频光1/2波片、所述四倍频晶体以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片。
优选的，所述基频光1/2波片和所述倍频光1/2波片均与所述光路的光轴垂直设置。
优选的，所述基频光为圆偏振光、椭圆偏振光或偏振方向为水平的线偏振光中的一种。
优选的，所述倍频晶体为磷酸氧钛钾晶体、磷酸钛氧铷晶体或三硼酸锂晶体中的一种。
优选的，所述四倍频晶体为偏硼酸钡晶体或硼酸锂铯晶体。
优选的，所述倍频光和四倍频光双波长偏振片呈薄片状。
第二方面，本申请提供了一种基于第一方面中任一项所述的激光切换装置的激光切换方法，包括：
在需要所述光路出射基频光时，从所述光路中移出所述基频光1/2波片、所述基频光和倍频光双波长偏振片、所述倍频光1/2波片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片；
在需要所述光路出射倍频光时，从所述光路中移出所述第二基频光偏振片、所述倍频光1/2波片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片；
在需要所述光路出射四倍频光时，从所述光路中移出所述第二基频光偏振片。
在本申请实施例提供的激光切换装置和方法中，通过从光路中移出基频光1/2波片、基频光和倍频光双波长偏振片、倍频光1/2波片以及倍频光和四倍频光双波长偏振片，或者从光路中移出基频光偏振片、倍频光1/2波片以及基频光和四倍频光双波长偏振片，或者从光路中移出第二基频光偏振片，能够实现三种波长的激光的输出之间的切换，其结构紧凑、易于操作，能够满足对多波长激光切换同光路输出的要求。
附图说明
图1示出了本申请实施例的激光切换装置的光路示意图；
图2示出了本申请实施例的激光切换装置的基频光的光路示意图；
图3示出了本申请实施例的激光切换装置的倍频光的光路示意图；
图4示出了本申请实施例的激光切换装置的四倍频光的光路示意图；
图5示出了本申请实施例的激光切换方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1示出了本申请实施例的激光切换装置的光路示意图。
如图1所示，激光切换装置的光路100包括沿激光出射方向依次设置的第一基频光偏振片101、基频光1/2波片102、倍频晶体103、第二基频光偏振片104、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106、四倍频晶体107以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108。
其中，基频光1/2波片102、第二基频光偏振片104、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108中的一项或多项可被移出光路以使得光路出射不同波长的激光。
例如，基频光1/2波片102、第二基频光偏振片104、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108均可以由舵机来实现移出光路，从而使得光路能够出射不同波长的激光。
第一基频光偏振片101、第二基频光偏振片104、基频光和倍频光双波长偏振片105以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108均与光路的光轴呈预设角度倾斜设置。在一些实施例中，上述偏振片例如可以与光轴呈34度倾斜设置。基频光1/2波片102和倍频光1/2波片106均与光路的光轴垂直设置。
在激光出射过程中，基频光按照其出射方向依次通过光路中的第一基频光偏振片101、基频光1/2波片102、倍频晶体103、第二基频光偏振片104、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106、四倍频晶体107以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108。
基频光例如可以为圆偏振光、椭圆偏振光或偏振方向为水平的线偏振光中的一种。在基频光通过第一基频光偏振片101出射后，其偏振方向为水平方向；在基频光通过基频光1/2波片102后，其偏振方向旋转90度，偏振方向由水平方向转换为垂直方向；在基频光通过倍频晶体103，其获得水平方向的倍频光；在基频光和倍频光通过基频光和倍频光双波长偏振片105后，基频光被反射到光路外，倍频光通过基频光和倍频光双波长偏振片105出射；在倍频光通过倍频光1/2波片106后，其偏振方向旋转90度，偏振方向由水平方向转换为垂直方向；在倍频光通过四倍频晶体107后，其获得水平方向的四倍频光；在倍频光和四倍频光通过倍频光和四倍频光双波长偏振片108后，倍频光被反射到光路外，四倍频光通过倍频光和四倍频光双波长偏振片108出射。
那么，通过移出光路中的一个或多个偏振片和/或一个或多个波片能够使得光路出射不同波长的激光。
下面结合附图来详细说明光路出射不同波长的激光的具体方式。需要说明的是图2至图4中采用虚线的光路器件代表其被移出光路。
在一些实施例中，参见图2，在光路需要出射基频光时，可以由舵机将基频光1/2波片102、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108从光路中移出，此时，光路由沿激光出射方向依次设置的第一基频光偏振片101、倍频晶体103、第二基频光偏振片104以及四倍频晶体107组成。
基频光通过第一基频光偏振片101，其偏振方向转换为水平方向以形成水平方向的偏振光，水平方向的偏振光通过倍频晶体103和四倍频晶体107时不发生倍频，光路出射单一基频光。
在一些实施例中，参见图3，在光路需要出射倍频光时，可以由舵机将基频光偏振片104、倍频光1/2波片106以及基频光和四倍频光双波长偏振片108从光路中移出，此时，光路由沿激光出射方向依次设置的第一基频光偏振片101、基频光1/2波片102、倍频晶体103、基频光和倍频光双波长偏振片105以及四倍频晶体107组成。
在另一些实施例中，在基于出射基频光的光路中，还可以由舵机在该光路中插入基频光1/2波片102与基频光和倍频光双波长偏振片105，并且移出第二基频光偏振片104，也可以实现出射倍频光的光路。
基频光通过第一基频光偏振片101，其偏振方向转换为水平方向以形成水平方向的偏振光；水平方向的偏振光通过基频光1/2波片102，其偏振方向旋转90度，由水平方向变为垂直方向；偏振方向垂直的偏振光通过倍频晶体103，产生偏振方向水平的倍频光；偏振方向垂直的偏振光和偏振方向水平的倍频光通过基频光和倍频光双波长偏振片105，偏振方向垂直的基频光反射出光路，偏振方向水平的倍频光由基频光和倍频光双波长偏振片105出射；偏振方向水平的倍频光通过四倍频晶体107时，不发生倍频，光路出射倍频光。
在一些实施例中，参见图4，在光路需要出射四倍频光时，可以由舵机将第二基频光偏振片104从光路中移出，此时，光路由沿激光出射方向依次设置的第一基频光偏振片101、基频光1/2波片102、倍频晶体103、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106、四倍频晶体107以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108组成。
在另一些实施例中，在基于出射基频光的光路中，还可以由舵机在该光路中插入基频光1/2波片102、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108，并且移出第二基频光偏振片104，也可以实现出射四倍频光的光路。
在另一些实施例中，在基于出射倍频光的光路中，还可以由舵机在该光路中插入倍频光1/2波片106与倍频光和四倍频光双波长偏振片108，并且移出第二基频光偏振片104，也可以实现出射四倍频光的光路。
基频光通过第一基频光偏振片101，其偏振方向转换为水平方向以形成水平方向的偏振光；水平方向的偏振光通过基频光1/2波片102，其偏振方向旋转90度，由水平方向变为垂直方向；偏振方向垂直的偏振光通过倍频晶体103，产生偏振方向水平的倍频光；偏振方向垂直的偏振光和偏振方向水平的倍频光通过基频光和倍频光双波长偏振片105，偏振方向垂直的基频光反射出光路，偏振方向水平的倍频光由基频光和倍频光双波长偏振片105出射；偏振方向水平的倍频光通过倍频光1/2波片106时，其偏振方向旋转90度，偏振方向由水平方向变为垂直方向；偏振方向垂直的倍频光通过四倍频晶体107后，获得偏振方向水平的四倍频光；偏振方向垂直的倍频光和偏振方向水平的四倍频光通过倍频光和四倍频光双波长偏振片108后，偏振方向垂直的倍频光被反射出光路，偏振方向水平的四倍频光由倍频光和四倍频光双波长偏振片108出射。
可见，通过从光路中移出基频光1/2波片102、基频光和倍频光双波长偏振片105、倍频光1/2波片106以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108，或者从光路中移出基频光偏振片104、倍频光1/2波片106以及基频光和四倍频光双波长偏振片108，或者从光路中移出第二基频光偏振片104，能够实现三种波长的激光的输出之间的切换，其结构紧凑、易于操作，能够满足对多波长激光切换同光路输出的要求。
本申请实施例中的倍频和四倍频过程可以采用Ⅰ类相位匹配方式。在采用Ⅰ类相位匹配方式时，线偏振基频光和倍频光偏振方向旋转90度，倍频过程和四倍频过程发生或不发生。
在满足多波长激光切换同光路输出的要求的同时，还必须确保多波长的激光同轴输出。
为确保多波长的激光同轴输出，在光路中第一基频光偏振片101、第二基频光偏振片104、基频光和倍频光双波长偏振片105以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108均与光轴倾斜设置。其设置方式为：第一基频光偏振片101、第二基频光偏振片104以及基频光和倍频光双波长偏振片105的倾斜方向相同；倍频光和四倍频光双波长偏振片108的倾斜方向与第一基频光偏振片101的倾斜方向、第二基频光偏振片104的倾斜方向或基频光和倍频光双波长偏振片105的倾斜方向相反。
并且，将第二基频光偏振片104的厚度、基频光和倍频光双波长偏振片105的厚度以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108的厚度设置为依次递减。
将倍频光和四倍频光双波长偏振片108的倾斜方向与第一基频光偏振片101的倾斜方向、第二基频光偏振片104的倾斜方向或基频光和倍频光双波长偏振片105的倾斜方向相反，能够补偿倍频光通过四倍频晶体107时光路的偏移，第二基频光偏振片104的厚度、基频光和倍频光双波长偏振片105的厚度以及倍频光和四倍频光双波长偏振片108的厚度依次递减能够满足不同波长的激光通过后偏折一致，从而确保多波长的激光同轴输出。
本申请实施例中，倍频晶体103例如可以为磷酸氧钛钾晶体、磷酸钛氧铷晶体或三硼酸锂晶体中的一种。四倍频晶体107例如可以为偏硼酸钡晶体或硼酸锂铯晶体。倍频光和四倍频光双波长偏振片108呈薄片状。
在另一方面，本申请还提供了一种基于上述激光切换装置的激光切换方法。
图5示出了本申请实施例的激光切换方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括以下步骤：
步骤501，在需要光路出射基频光时，从光路中移出基频光1/2波片、基频光和倍频光双波长偏振片、倍频光1/2波片以及倍频光和四倍频光双波长偏振片。
步骤502，在需要光路出射倍频光时，从光路中移出第二基频光偏振片、倍频光1/2波片以及倍频光和四倍频光双波长偏振片。
步骤503，在需要光路出射四倍频光时，从光路中移出第二基频光偏振片。
上述步骤501～503，其不具有执行顺序，可以分别单独执行，本申请实施例对此不做限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种激光切换装置，其特征在于，包括：
沿基频光出射方向依次设置的第一基频光偏振片、基频光1/2波片、倍频晶体、第二基频光偏振片、基频光和倍频光双波长偏振片、倍频光1/2波片、四倍频晶体以及倍频光和四倍频光双波长偏振片所形成的光路；
在所述光路出射基频光时，所述光路包括沿激光出射方向依次设置的所述第一基频光偏振片、所述倍频晶体、所述第二基频光偏振片以及所述四倍频晶体；
在所述光路出射倍频光时，所述光路包括沿激光出射方向依次设置的所述第一基频光偏振片、所述基频光1/2波片、所述倍频晶体、所述基频光和倍频光双波长偏振片以及所述四倍频晶体；
在所述光路出射四倍频光时，所述光路包括沿激光出射方向依次设置的所述第一基频光偏振片、所述基频光1/2波片、所述倍频晶体、所述基频光和倍频光双波长偏振片、所述倍频光1/2波片、所述四倍频晶体以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片；
在所述光路出射基频光时，所述基频光为圆偏振光、椭圆偏振光或偏振方向为水平的线偏振光中的一种；
所述第二基频光偏振片的厚度、所述基频光和倍频光双波长偏振片的厚度以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片的厚度依次递减；
所述第一基频光偏振片、所述第二基频光偏振片以及所述基频光和倍频光双波长偏振片的倾斜方向相同；
所述倍频光和四倍频光双波长偏振片的倾斜方向与所述第一基频光偏振片的倾斜方向、所述第二基频光偏振片的倾斜方向或所述基频光和倍频光双波长偏振片的倾斜方向相反。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述第一基频光偏振片、所述第二基频光偏振片、所述基频光和倍频光双波长偏振片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片均与所述光路的光轴呈预设角度倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述基频光1/2波片和所述倍频光1/2波片均与所述光路的光轴垂直设置。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述倍频晶体为磷酸氧钛钾晶体、磷酸钛氧铷晶体或三硼酸锂晶体中的一种。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述四倍频晶体为偏硼酸钡晶体或硼酸锂铯晶体。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述倍频光和四倍频光双波长偏振片呈薄片状。
7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的激光切换装置的激光切换方法，其特征在于，包括：
在所述光路出射基频光时，从所述光路中移出所述基频光1/2波片、所述基频光和倍频光双波长偏振片、所述倍频光1/2波片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片；
在所述光路出射倍频光时，从所述光路中移出所述第二基频光偏振片、所述倍频光1/2波片以及所述倍频光和四倍频光双波长偏振片；
在所述光路出射四倍频光时，从所述光路中移出所述第二基频光偏振片。
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