CN114498274A - 激光输出装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光输出装置。激光输出装置包括激光器、扩束镜、声光调制器及扫描头，扩束镜用于扩大激光器输出的激光光束的直径；声光调制器的输入端与扩束镜的输出端连接；扫描头的输入端与声光调制器的输出端连接；声光调制器包括声光晶体、准直器和频率调节模块，经扩束镜扩大直径后的激光光束入射至声光晶体，并由声光晶体输出一级衍射光和零级衍射光，一级衍射光经准直器后输出至扫描头，频率调节模块与声光晶体连接，频率调节模块用于调节声光晶体内的激光光束的频率，以使得一级衍射光的频率大于入射至声光晶体的激光光束的频率。本发明的激光输出装置能够降低激光的热效应，以及提高激光的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种激光输出装置。
背景技术
现有技术中，激光输出装置输出的激光在对产品进行处理时(如打标或者打孔)时，因激光输出装置的结构限制，使得激光作用于产品上会出现热效应而影响产品质量，如打标时图案模糊，或者打孔时孔的周缘会出现崩边，或者孔的内壁会出现裂纹等现象。因此，亟需一种能够降低激光热效应的激光输出装置。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种激光输出装置，旨在降低激光的热效应，以及提高激光的传输效率。
为实现上述目的，本发明提出一种激光输出装置，包括：
激光器；
扩束镜，所述扩束镜用于扩大所述激光器输出的激光光束的直径；
声光调制器，所述扩束镜设于所述激光器与所述声光调制器之间，所述声光调制器的输入端与所述扩束镜的输出端连接；以及
扫描头，所述扫描头的输入端与所述声光调制器的输出端连接；
其中，所述声光调制器包括声光晶体、准直器和频率调节模块，经所述扩束镜扩大直径后的激光光束入射至所述声光晶体，并由所述声光晶体输出一级衍射光和零级衍射光，所述一级衍射光经所述准直器后输出至所述扫描头，所述频率调节模块与所述声光晶体连接，所述频率调节模块用于调节所述声光晶体内的激光光束的频率，以使得所述一级衍射光的频率大于入射至所述声光晶体的激光光束的频率。
在一实施例中，所述频率调节模块包括射频驱动器和换能器，所述射频驱动器、所述换能器和所述声光晶体依次连接，所述射频驱动器用于产生电信号，所述换能器用于将所述电信号转化为超声波，以调节所述声光晶体的折射率，所述声光晶体输出的所述一级衍射光的频率大小随所述声光晶体的折射率的周期性变化而同步调节。
在一实施例中，所述声光晶体输出的所述一级衍射光的频率大小与所述声光晶体的折射率的周期性变化反相关。
在一实施例中，所述声光晶体输出的所述一级衍射光的频率大小与施加至所述射频驱动器上的电压大小正相关。
在一实施例中，所述声光调制器还包括接收器和合束器，所述接收器用于接收所述零级衍射光，所述接收器的出射方向与延时光纤连接，以使所述零级衍射光能够延时预设时长并与所述一级衍射光在时序上重合，所述延时光纤与所述准直器的出射方向均与所述合束器连接，所述一级衍射光与延时后的所述零级衍射光由所述合束器合束并输出至所述扫描头。
在一实施例中，所述激光输出装置还包括第一位移机构，所述声光调制器设于所述第一位移机构上，所述第一位移机构用于调节所述声光调制器的位置，以调节入射至所述声光晶体的激光光束的入射角度。
在一实施例中，所述激光输出装置还包括第二位移机构，所述扩束镜设于所述第二位移机构上，所述第二位移机构用于调节所述扩束镜的位置，以使穿过所述扩束镜的激光光束同轴。
在一实施例中，所述第一位移机构和所述第二位移机构均为五维位移台，所述五维位移台上设有安装座，所述安装座与所述五维位移台可拆卸连接。
在一实施例中，所述激光器为二氧化碳激光器，所述二氧化碳激光器输出的波长范围为9.3μm～10.6μm。
在一实施例中，所述扩束镜为变倍扩束镜或者定倍扩束镜。
本发明的激光输出装置包括激光器、扩束镜、声光调制器和扫描头，扩束镜用于扩大激光器输出的激光光束的直径，扩束镜设于激光器与声光调制器之间，声光调制器的输入端与扩束镜的输出端连接，扫描头的输入端与声光调制器的输出端连接，声光调制器包括声光晶体、准直器和频率调节模块，经扩束镜扩大直径后的激光光束入射至声光晶体，并由声光晶体输出一级衍射光和零级衍射光，一级衍射光经准直器后输出至扫描头，频率调节模块与声光晶体连接，频率调节模块用于调节声光晶体内的激光光束的频率，以使得一级衍射光的频率大于入射至声光晶体的激光光束的频率。如此设置，使得激光器输出的激光光束在依次经过扩束镜、声光调制器和扫描头后，从扫描头输出的激光光束的频率大于激光器自身发出的激光光束的频率，即本申请的激光输出装置能够提供高频率的激光光束，激光的总功率不变，输出的激光光束的频率变高，相当于单个脉冲的能量降低，单个脉冲的能量降低有利于降低激光的热效应；同时，输出的激光光束的频率变高，激光传输的速度变快，从而使得激光的传输效率变高。由此可见，本申请的激光输出装置，能够降低激光的热效应，以及提高激光的传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明的激光输出装置一实施例的结构示意图；
图2为图1中的激光光束经过声光调制器的光路示意图；
图3为图2中的激光光束在经过声光调制器之前与之后的单个脉冲的周期变化图。
附图标号说明：
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。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种激光输出装置，该激光输出装置可以用于对产品进行激光打标，或者用于对产品进行激光打孔，或者用于对产品进行激光焊接，即激光输出装置的具体功能不作限定，该激光输出装置能够降低输出的激光的热效应，以及提高激光的传输效率。
请参阅图1至图3，本发明的激光输出装置的一实施例中，激光输出装置包括激光器100、扩束镜200、声光调制器300及扫描头400，所述扩束镜200用于扩大所述激光器100输出的激光光束的直径；所述扩束镜200设于所述激光器100与所述声光调制器300之间，所述声光调制器300的输入端与所述扩束镜200的输出端连接；所述扫描头400的输入端与所述声光调制器300的输出端连接；所述声光调制器300包括声光晶体310、准直器和频率调节模块320，经所述扩束镜200扩大直径后的激光光束入射至所述声光晶体310，并由所述声光晶体310输出一级衍射光102和零级衍射光103，所述一级衍射光102经所述准直器后输出至所述扫描头400，所述频率调节模块320与所述声光晶体310连接，所述频率调节模块320用于调节所述声光晶体310内的激光光束的频率，以使得所述一级衍射光102的频率大于入射至所述声光晶体310的激光光束的频率。
可以理解的是，激光器100的种类可以有多种，例如但不局限于：二氧化碳激光器100，或者一氧化碳激光器，或者半导体激光器等。经过扩束镜200的激光光束的直径能够变大，直径变大后的激光光束入射至声光调制器300中，声光调制器300对入射的激光光束进行调节，以输出高频率的激光光束，激光光束再经过扫苗头，扫描头400改变激光光束的传输方向，使得激光光束能够对平台500上的产品进行处理。
进一步地，声光调制器300包括声光晶体310和准直器(未图示)，声光晶体310内设有声光介质311，入射光101以布拉格角θB射入声光晶体310时，入射光101在声光介质311上会发生衍射，使得经过声光晶体310的光形成一级衍射光102和零级衍射光103，一级衍射光102和零级衍射光103分别与声光晶体310的轴向成夹角设置，且夹角的角度大小都是布拉格角θB。此外，声光调制器300还包括吸声器330，吸声器330设于声光晶体310上，吸声器330用于对射入声光介质311内的超声波进行吸收，以避免声波反射重复对声光介质311的密度造成影响。
进一步地，声光调制器300还包括频率调节模块320，频率调节模块320设于声光晶体310上，率调节模块用于调节声光晶体310内的激光光束的频率，以使得从声光体晶体射出的一级衍射光102的频率大于入射至声光晶体310的激光光束的频率。如图3所示，图3为激光光束在经过声光调制器之前与之后的单个脉冲的周期变化图，a图为位于声光调制器之前的激光光束，从a图中可以看出，单个脉冲的变化周期为80ns；b图为经过声光调制器之后的一级衍射光，从b图中可以看出，单个脉冲的变化周期为40ns，一级衍射光的单个脉冲的周期相对于之前的激光光束的周期变短，相当于激光的频率变高了，即一级衍射光的频率大于入射至声光晶体的激光光束的频率。频率调节模块320实现增大一级衍射光102的频率的方式不作限定，仅需一级衍射光102的频率大于入射至声光晶体310的激光光束的频率即可，例如增大电压或者功率的方式等，具体在此不做限定。
本发明的激光输出装置包括激光器100、扩束镜200、声光调制器300和扫描头400，扩束镜200用于扩大激光器100输出的激光光束的直径，扩束镜200设于激光器100与声光调制器300之间，声光调制器300的输入端与扩束镜200的输出端连接，扫描头400的输入端与声光调制器300的输出端连接，声光调制器300包括声光晶体310、准直器和频率调节模块320，经扩束镜200扩大直径后的激光光束入射至声光晶体310，并由声光晶体310输出一级衍射光102和零级衍射光103，一级衍射光102经准直器后输出至扫描头400，频率调节模块320与声光晶体310连接，频率调节模块320用于调节声光晶体310内的激光光束的频率，以使得一级衍射光102的频率大于入射至声光晶体310的激光光束的频率。如此设置，使得激光器100输出的激光光束在依次经过扩束镜200、声光调制器300和扫描头400后，从扫描头400输出的激光光束的频率大于激光器100自身发出的激光光束的频率，即本申请的激光输出装置能够提供高频率的激光光束，激光的总功率不变，输出的激光光束的频率变高，相当于单个脉冲的能量降低，单个脉冲的能量降低有利于降低激光的热效应；同时，输出的激光光束的频率变高，激光传输的速度变快，从而使得激光的传输效率变高。由此可见，本申请的激光输出装置，能够降低激光的热效应，以及提高激光的传输效率。
请参阅图1和图2，在一实施例中，所述频率调节模块320包括射频驱动器321和换能器322，所述射频驱动器321、所述换能器322和所述声光晶体310依次连接，所述射频驱动器321用于产生电信号，所述换能器322用于将所述电信号转化为超声波，以调节所述声光晶体310的折射率，所述声光晶体310输出的所述一级衍射光102的频率大小随所述声光晶体310的折射率的周期性变化而同步调节。
可以理解的是，射频驱动器321在工作时，能够产生高频的电信号，该高频的电信号能够作用于换能器322上，换能器322能够将高频的电信号转化为同频率的超声波，超声波经过声光晶体310内的声光介质311，会使声光介质311产生周期性变化的弹性形变，进而使得声光介质311的折射率进行周期性变化，从而形成光栅效应。经过扩束镜200扩大直径的激光光束在通过声光晶体310的声光介质311时，会在声光介质311上形成布拉格衍射，从而输出一级衍射光102和零级衍射光103。
进一步地，射频驱动器321可以通过调节输入的电压大小而调节电信号的频率，或者通过其它方式来调节电信号的频率，具体在此不做限定。电信号的频率改变，使得换能器322转化的超声波的频率也发生改变，而超声波的改变也会影响导声光介质311弹性变形的周期，从而使得声光介质311的折射率也发生改变。由此可见，通过调节输入射频驱动器321的电压，能够调节声光晶体310内的声光介质311的折射率，从而能够调节声光晶体310输出的一级衍射光102的频率，即声光晶体310输出的一级衍射光102的频率大小能够随声光晶体310的折射率的变化而同步调节。此外，通过调节输入射频驱动器321的电压大小，这种方式简单，易于操作，使得调节一级衍射光102的频率的方式易于实现，进而优化了激光输出装置的结构，便于激光输出装置生产和使用。
在一实施例中，所述声光晶体310输出的所述一级衍射光102的频率大小与所述声光晶体310的折射率的周期性变化反相关。如此设置，仅需提高电信号的频率，即可缩短声光介质311产生弹性形变的周期，也即提高一级衍射光102的频率。如此设置，使得使得提高一级衍射光102的频率的方式简单，易于实现。
在一实施例中，所述声光晶体310输出的所述一级衍射光102的频率大小与施加至所述射频驱动器321上的电压大小正相关。如此设置，使得控制射频驱动器321的方式简单，通过增大射频驱动器321输入的电压，即可以提高一级衍射光102的频率，进而使得降低激光的热效应的方式易于实现，提高了激光输出装置的适用性。
在一实施例中，所述声光调制器300还包括接收器和合束器，所述接收器用于接收所述零级衍射光103，所述接收器的出射方向与延时光纤连接，以使所述零级衍射光103能够延时预设时长并与所述一级衍射光102在时序上重合，所述延时光纤与所述准直器的出射方向均与所述合束器连接，所述一级衍射光102与延时后的所述零级衍射光103由所述合束器合束并输出至所述扫描头400。
可以理解的是，接收器也可以为准直器，准直器用于接收声光晶体310输出的衍射光。零级衍射光103经延时光纤延时预设时间，然后再与一级衍射光102在时序上重合，然后通过合束的方式将零级衍射光103与一级衍射光102合到一起，并向扫描头400输出。如此设置，使得零级衍射光103也能够选择性的被利用，从而有利于提高能量的利用率。
请参阅图1，在一实施例中，所述激光输出装置还包括第一位移机构600，所述声光调制器300设于所述第一位移机构600上，所述第一位移机构600用于调节所述声光调制器300的位置，以调节入射至所述声光晶体310的激光光束的入射角度。如此设置，使得声光调制器300能够接收到扩束镜200输出的任何角度的入射激光光束，从而提高了激光输出装置的适用性。可以理解的是，第一位移机构600的种类可以有多种，例如但不局限于：位移气缸，或者驱动滑轨组件，或者多维移动台等。
在一实施例中，所述激光输出装置还包括第二位移机构700，所述扩束镜200设于所述第二位移机构700上，所述第二位移机构700用于调节所述扩束镜200的位置，以使穿过所述扩束镜200的激光光束同轴。如此设置，通过第二位移机构700调节扩束镜200的位置，不仅能够确保穿过扩束镜200的激光光束同轴，还能够通过扩束镜200调节激光器100输出的激光光束的直径大小，以及调节输出至声光调制器300上的激光光束的直径大小，如此能够满足扩束镜200输出不同激光光束直径的需求，从而提高了激光输出装置的适用性。可以理解的是，第二位移机构700的种类可以有多种，例如但不局限于：位移气缸，或者驱动滑轨组件，或者多维移动台等。
在一实施例中，所述第一位移机构600和所述第二位移机构700均为五维位移台，所述五维位移台上设有安装座，所述安装座与所述五维位移台可拆卸连接。可以理解的是，两个五维位移台上的两个安装座分别供声光调制器300和扩束镜200安装，通过设置安装座，有利于对声光调制器300和扩束镜200进行组装和拆卸。此外，通过设置五维位移台，使得其上的安装座能够在水平横向、水平纵向和高度方向上均可以移动；并且，五维位移台还能够对安装座在转动和俯仰两个维度进行调节，从而使得五维位移台能够将安装座调节至任意角度或者方位，如此有利于提高激光输出装置的适用性。
在一实施例中，所述激光器100为二氧化碳激光器100，所述二氧化碳激光器100输出的波长范围为9.3μm～10.6μm。通过设置二氧化碳激光器100，且限定输出的波长范围为9.3μm～10.6μm，使得激光输出装置能够更好的降低激光的热效应，以及提高激光的传输效率。此外，二氧化碳激光器100的应用范围较为广泛，特别适用于激光打标、激光焊接以及激光切割。
在一实施例中，所述扩束镜200为变倍扩束镜或者定倍扩束。如此设置，能够更好的确定激光器100输出的激光光束的直径，以及能够得到更小的聚焦光斑。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种激光输出装置，其特征在于，包括：
激光器；
扩束镜，所述扩束镜用于扩大所述激光器输出的激光光束的直径；
声光调制器，所述扩束镜设于所述激光器与所述声光调制器之间，所述声光调制器的输入端与所述扩束镜的输出端连接；以及
扫描头，所述扫描头的输入端与所述声光调制器的输出端连接；
其中，所述声光调制器包括声光晶体、准直器和频率调节模块，经所述扩束镜扩大直径后的激光光束入射至所述声光晶体，并由所述声光晶体输出一级衍射光和零级衍射光，所述一级衍射光经所述准直器后输出至所述扫描头，所述频率调节模块与所述声光晶体连接，所述频率调节模块用于调节所述声光晶体内的激光光束的频率，以使得所述一级衍射光的频率大于入射至所述声光晶体的激光光束的频率。
2.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述频率调节模块包括射频驱动器和换能器，所述射频驱动器、所述换能器和所述声光晶体依次连接，所述射频驱动器用于产生电信号，所述换能器用于将所述电信号转化为超声波，以调节所述声光晶体的折射率，所述声光晶体输出的所述一级衍射光的频率大小随所述声光晶体的折射率的周期性变化而同步调节。
3.如权利要求2所述的激光输出装置，其特征在于，所述声光晶体输出的所述一级衍射光的频率大小与所述声光晶体的折射率的周期性变化反相关。
4.如权利要求3所述的激光输出装置，其特征在于，所述声光晶体输出的所述一级衍射光的频率大小与施加至所述射频驱动器上的电压大小正相关。
5.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述声光调制器还包括接收器和合束器，所述接收器用于接收所述零级衍射光，所述接收器的出射方向与延时光纤连接，以使所述零级衍射光能够延时预设时长并与所述一级衍射光在时序上重合，所述延时光纤与所述准直器的出射方向均与所述合束器连接，所述一级衍射光与延时后的所述零级衍射光由所述合束器合束并输出至所述扫描头。
6.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述激光输出装置还包括第一位移机构，所述声光调制器设于所述第一位移机构上，所述第一位移机构用于调节所述声光调制器的位置，以调节入射至所述声光晶体的激光光束的入射角度。
7.如权利要求6所述的激光输出装置，其特征在于，所述激光输出装置还包括第二位移机构，所述扩束镜设于所述第二位移机构上，所述第二位移机构用于调节所述扩束镜的位置，以使穿过所述扩束镜的激光光束同轴。
8.如权利要求7所述的激光输出装置，其特征在于，所述第一位移机构和所述第二位移机构均为五维位移台，所述五维位移台上设有安装座，所述安装座与所述五维位移台可拆卸连接。
9.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述激光器为二氧化碳激光器，所述二氧化碳激光器输出的波长范围为9.3μm～10.6μm。
10.如权利要求1所述的激光输出装置，其特征在于，所述扩束镜为变倍扩束镜或者定倍扩束镜。
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