CN113540955A - 多光束、多波长输出激光装置 - Google Patents

多光束、多波长输出激光装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多光束、多波长输出激光装置，红外激光器衔接二分之一波片一，二分之一波片一衔接偏振分光镜一，偏振分光镜一的透射方向衔接声光调制器一，偏振分光镜一的反射方向衔接二分之一波片二，二分之一波片二衔接偏振分光镜二，偏振分光镜二的反射方向衔接声光调制器二、二倍频模块一；偏振分光镜二的透射方向衔接二分之一波片三，二分之一波片三衔接偏振分光镜三，偏振分光镜三的反射方向衔接声光调制器三、二倍频模块二、三倍频模块；偏振分光镜三的透射方向衔接全反镜，全反镜的反射光路上衔接声光调制器四、光参量振荡模块。采用二分之一波片与偏振分光镜的方式，将一束激光分成若干束激光，每路激光分光比例可精密调节。

Description

多光束、多波长输出激光装置
技术领域
本发明涉及一种多光束、多波长输出激光装置。
背景技术
目前，随着工业激光加工领域对加工效率的要求不断提高，对激光器的输出功率和输出频率提出更高的要求，需要采用更高的输出功率和频率提升加工效率，但是当激光功率提高到一定程度会因为热效应影响加工质量，激光器重复频率提升又受限于振镜扫描速度或者平台移动速度的限制无法使用。因此，采用多路并行加工的方式应运而生，可以显著提升激光加工效率，比如采用2路、4路或者更多路分光。目前分光采用的主流方法是将激光用单个部分输出镜片进行分光，根据需要的分光比例，选用不同透过率的输出镜，但这种分光方式因镜片透过率无法精确控制，存在分光后每路激光功率不一致现象，影响加工效果的一致性。另外，分光后，每一路光功率无法独立控制，每路激光功率完全依赖于激光器本身。
在激光加工领域，当激光用于加工不同对象或者需要达到不同加工效果的时候，需要两个或者多个波长的激光器。比如激光退火领域，会用到红外和绿光的波长组合实现材料特殊退火加工；玻璃加工领域，切割时采用一种波长，裂片采用另一种波长。材料加工领域，可以用红外实现更高的加工效率，用紫外实现更优的加工质量。通常，获得多波长激光的常用手段是选用两台或者几台不同波长的激光器，因此使用成本非常高，系统比较复杂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种多光束、多波长输出激光装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
多光束、多波长输出激光装置，特点是：红外激光器衔接二分之一波片一，二分之一波片一衔接偏振分光镜一，红外激光经偏振分光镜一后实现第一次分光，偏振分光镜一的透射方向衔接声光调制器一，实现红外输出，偏振分光镜一的反射方向衔接二分之一波片二，二分之一波片二衔接偏振分光镜二，经偏振分光镜一反射的红外激光经过偏振分光镜二后实现第二次分光，偏振分光镜二的反射方向衔接声光调制器二，声光调制器二衔接二倍频模块一，红外激光经二倍频模块一后实现绿光输出；偏振分光镜二的透射方向衔接二分之一波片三，二分之一波片三衔接偏振分光镜三，经偏振分光镜二透射的红外激光经过偏振分光镜三后，实现第三次分光，偏振分光镜三的反射方向衔接声光调制器三，声光调制器三衔接二倍频模块二，二倍频模块二衔接三倍频模块，红外激光经过二倍频模块二及三倍频模块后实现紫外输出；偏振分光镜三的透射方向衔接全反镜，全反镜的反射光路上衔接声光调制器四，声光调制器四衔接光参量振荡模块，红外激光经过光参量振荡模块后实现可调谐波长输出。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述红外激光器为输出波长1030nm、1064nm、1342nm波段，输出功率1～500W，脉冲宽度100fs～100ns的红外激光器。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述二分之一波片一、二分之一波片二和二分之一波片三为工作波长1030nm、1064nm、1342nm波段的二分之一波片。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述偏振分光镜一、偏振分光镜二和偏振分光镜三为工作波长1030nm、1064nm、1342nm波段，偏振消光比>500:1的偏振分光镜。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述声光调制器一、声光调制器二、声光调制器三和声光调制器四为工作波长在1030nm、1064nm、1342nm波段，射频功率1～50W，射频频率为50～300MHz的声光调制器。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述二倍频模块一和二倍频模块二采用LBO、BBO或KTP倍频晶体。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述三倍频模块采用LBO、BBO或CLBO倍频晶体。
进一步地，上述的多光束、多波长输出激光装置，其中，所述光参量振荡模块采用LBO、BBO或KTP非线性晶体。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
①本发明设计新颖，采用二分之一波片与偏振分光镜的方式，实现将一束激光分成若干束激光，且每路激光分光比例可实现精密调节，解决了目前采用部分输出镜造成分光后每路激光功率不一致的问题；
②分光后，采用声光调制器，通过电信号控制声光调制器衍射效率，实现每路激光功率的实时调节及开关光控制，这对激光加工过程非常重要，尤其面对不同加工对象时；
③分光后的光路中，根据需要设置倍频模块、和频模块及光参量振荡模块，同时实现不同波长激光输出，避免使用多个激光器，减小系统复杂性及使用成本，大大拓展了激光系统的应用范围。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明具体实施方式了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：本发明的光路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，多光束、多波长输出激光装置，红外激光器1衔接二分之一波片一2，二分之一波片一2衔接偏振分光镜一3，红外激光经偏振分光镜一3后实现第一次分光，偏振分光镜一3的透射方向衔接声光调制器一4，实现红外输出，偏振分光镜一3的反射方向衔接二分之一波片二5，二分之一波片二5衔接偏振分光镜二6，经偏振分光镜一3反射的红外激光经过偏振分光镜二6后实现第二次分光，偏振分光镜二6的反射方向衔接声光调制器二10，声光调制器二10衔接二倍频模块一11，红外激光经二倍频模块一11后实现绿光输出；偏振分光镜二6的透射方向衔接二分之一波片三7，二分之一波片三7衔接偏振分光镜三8，经偏振分光镜二6透射的红外激光经过偏振分光镜三8后，实现第三次分光，偏振分光镜三8的反射方向衔接声光调制器三12，声光调制器三12衔接二倍频模块二13，二倍频模块二13衔接三倍频模块14，红外激光经过二倍频模块二13及三倍频模块14后实现紫外输出；偏振分光镜三8的透射方向衔接全反镜9，全反镜9的反射光路上衔接声光调制器四15，声光调制器四15衔接光参量振荡模块16，红外激光经过光参量振荡模块16后实现可调谐波长输出。
其中，红外激光器为输出波长1030nm、1064nm、1342nm波段，输出功率1～500W，脉冲宽度100fs～100ns的红外激光器。
二分之一波片一2、二分之一波片二5和二分之一波片三7为工作波长1030nm、1064nm、1342nm波段的二分之一波片。
偏振分光镜一3、偏振分光镜二6和偏振分光镜三8为工作波长1030nm、1064nm、1342nm波段，偏振消光比>500:1的偏振分光镜。
声光调制器一4、声光调制器二10、声光调制器三12和声光调制器四(15)为工作波长在1030nm、1064nm、1342nm波段，射频功率1～50W，射频频率为50～300MHz的声光调制器。
二倍频模块一11和二倍频模块二13采用LBO、BBO或KTP倍频晶体。
三倍频模块14采用LBO、BBO或CLBO倍频晶体。
光参量振荡模块16采用LBO、BBO或KTP非线性晶体。
具体应用时，红外激光器输出红外激光，经过三个偏振分光镜，分成四路激光(可根据需要增加偏振分光镜数量，增加分光路数)，在每个分光光路上设置声光调制器，通过电信号调节声光调制器的衍射效率，可以实现功率的灵活调节和开关光控制，避免每路激光输出功率和出光状态完全受限于总的红外激光器输出，在声光调制器后，根据需要布置非线性频率转换模块(二倍频模块，三倍频模块，光参量振荡模块)实现多波长输出；因此，本发明通过单台激光器，配合分光光路，可以实现多台激光器功能，大大简化系统复杂性，显著节约成本。
将一束红外激光进行分光，实现多光束输出。分光的方式采用基于二分之一波片与偏振分光镜(PBS)组合实现。将入射的红外偏振光通过旋转波片角度实现偏振旋转，经过PBS后，实现水平和垂直两个方向上光束分离。通过调整波片旋转的角度可以精确控制两个方向上分光的比例，因此可以解决通过单个部分输出镜分光导致的分光比例不一致问题。通过在分光后的光路上继续增加波片和PBS的数量，可以实现若干束激光输出，且每一路输出比例，可以精确控制。
本发明在任意分光光路上设置声光调制器(AOM)，可以实现单路激光的开光和关光控制以及每路光都可以通过控制AOM的衍射效率，实现功率的实时调节，这一点在多光束激光加工中非常重要，尤其是每路光面对不同的加工对象时。
为适应多波长输出的需要，本发明在AOM后设置倍频模块、和频模块以及光参量振荡模块，可以实现绿光，紫外及更多波长输出，因此实现多路多波长输出，避免使用多台不同波长的激光器，增加设备复杂性及使用成本。
综上所述，本发明设计新颖，采用二分之一波片与偏振分光镜的方式，实现将一束激光分成若干束激光，且每路激光分光比例可实现精密调节，解决了目前采用部分输出镜造成分光后每路激光功率不一致的问题。
分光后，采用声光调制器，通过电信号控制声光调制器衍射效率，实现每路激光功率的实时调节及开关光控制，这对激光加工过程非常重要，尤其面对不同加工对象时。
分光后的光路中，根据需要设置倍频模块、和频模块及光参量振荡模块，同时实现不同波长激光输出，避免使用多个激光器，减小系统复杂性及使用成本，大大拓展了激光系统的应用范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：红外激光器(1)衔接二分之一波片一(2)，二分之一波片一(2)衔接偏振分光镜一(3)，红外激光经偏振分光镜一(3)后实现第一次分光，偏振分光镜一(3)的透射方向衔接声光调制器一(4)，实现红外输出，偏振分光镜一(3)的反射方向衔接二分之一波片二(5)，二分之一波片二(5)衔接偏振分光镜二(6)，经偏振分光镜一(3)反射的红外激光经过偏振分光镜二(6)后实现第二次分光，偏振分光镜二(6)的反射方向衔接声光调制器二(10)，声光调制器二(10)衔接二倍频模块一(11)，红外激光经二倍频模块一(11)后实现绿光输出；偏振分光镜二(6)的透射方向衔接二分之一波片三(7)，二分之一波片三(7)衔接偏振分光镜三(8)，经偏振分光镜二(6)透射的红外激光经过偏振分光镜三(8)后，实现第三次分光，偏振分光镜三(8)的反射方向衔接声光调制器三(12)，声光调制器三(12)衔接二倍频模块二(13)，二倍频模块二(13)衔接三倍频模块(14)，红外激光经过二倍频模块二(13)及三倍频模块(14)后实现紫外输出；偏振分光镜三(8)的透射方向衔接全反镜(9)，全反镜(9)的反射光路上衔接声光调制器四(15)，声光调制器四(15)衔接光参量振荡模块(16)，红外激光经过光参量振荡模块(16)后实现可调谐波长输出。
2.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述红外激光器为输出波长1030nm、1064nm、1342nm波段，输出功率1～500W，脉冲宽度100fs～100ns的红外激光器。
3.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述二分之一波片一(2)、二分之一波片二(5)和二分之一波片三(7)为工作波长1030nm、1064nm、1342nm波段的二分之一波片。
4.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述偏振分光镜一(3)、偏振分光镜二(6)和偏振分光镜三(8)为工作波长1030nm、1064nm、1342nm波段，偏振消光比>500:1的偏振分光镜。
5.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述声光调制器一(4)、声光调制器二(10)、声光调制器三(12)和声光调制器四(15)为工作波长在1030nm、1064nm、1342nm波段，射频功率1～50W，射频频率为50～300MHz的声光调制器。
6.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述二倍频模块一(11)和二倍频模块二(13)采用LBO、BBO或KTP倍频晶体。
7.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述三倍频模块(14)采用LBO、BBO或CLBO倍频晶体。
8.根据权利要求1所述的多光束、多波长输出激光装置，其特征在于：所述光参量振荡模块(16)采用LBO、BBO或KTP非线性晶体。
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