CN114614333A - 一种激光倍频晶体角度可调装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光倍频晶体角度可调装置及方法，所述装置包括固定底座，固定底座上垂直设置固定调节连接板，固定调节连接板的一侧设置有可动调节连接板，其中：固定调节连接板与可动调节连接板上内侧面相对应的位置开设有球槽，并在球槽之间装配有钢球，且钢球使固定调节连接板与可动调节连接板之间存在间隙，且分布有多个伸缩弹簧；在所述可动调节连接板上，设置有第一调节螺丝、第二调节螺丝，分别用于调节所处位置的可动调节连接板相对于固定调节连接板的间距；所述可动调节连接板的外侧面固定有L型安装板，安装板上设置有晶体固定座，倍频晶体装配于晶体固定座上的晶体卡槽中，并通过晶体固定盖进行倍频晶体的固定。

Description

一种激光倍频晶体角度可调装置及方法

技术领域

本发明涉及激光倍频领域，具体涉及一种激光倍频晶体角度可调装置及方法。

背景技术

激光倍频也称二次谐波(SHG)，是利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光，同理，在高功率的固体激光器激发的基频光穿透倍频晶体后，得到倍频光，倍频光的功率低于基频光，基频光在倍频后光的质量及输出功率取决于倍频晶体的自身属性以及基频光的入射角度，倍频晶体的自身属性在晶体加工时就由加工质量以及离子种类、含量等所决定，后续难以对其进行改变，在主流的实验中，大多采用第二类倍频，使得基频光入射倍频晶体工作面的入射角度极其重要。

而在实际激光器工作过程中，难以对基频光入射倍频晶体工作面的角度进行调整，主要的手段为手动调整倍频晶体的固定夹具，这种调整方法一是效率不高，再是存在极大的安全隐患。中国专利CN 203967501U公开了一种倍频晶体的温控及调节装置，包括散热装置、调节台、调节基座、激光器底板、温控单元、晶体热沉基座等，所述激光倍频晶体固定在热沉基座和晶体上压盖之间，所述晶体热沉基座和晶体上压盖通过螺钉连接，所述螺钉上套设有弹簧，所述温控单元一侧通过高温导热胶与晶体热沉基座连接。该方案存在的问题是：

晶体固定之后不能调节基频光入射倍频晶体工作面，需要整体激光器处于关闭状态，手动调整倍频角度，效率极低；晶体热沉基座与上压盖之间为三棱锥，稳定性差，不能使晶体很好的固定在里面。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光倍频晶体角度可调装置及方法，改善现有装置调节效率不高情况以及解决存在的安全隐患，从而安全地调整倍频晶体工作面的角度，使基频光能高效的倍频。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种激光倍频晶体角度可调装置，包括固定底座，固定底座上垂直设置有固定板，固定板的侧面设置有固定调节连接板，固定调节连接板的一侧设置有可动调节连接板，其中：

固定调节连接板与可动调节连接板上内侧面相对应的位置开设有球槽，并在球槽之间装配有钢球，且钢球使固定调节连接板与可动调节连接板之间存在间隙；在所述固定调节连接板与可动调节连接板之间均匀分布有多个伸缩弹簧；

在所述可动调节连接板上，位于所述钢球竖直方向的上部、水平方向的侧面分别设置有第一调节螺丝、第二调节螺丝，分别用于调节所处位置的可动调节连接板相对于固定调节连接板的间距；所述第一调节螺丝、第二调节螺丝的布置位置、钢球所处位置的连线构成一个直角三角形；

所述可动调节连接板的外侧面固定有L型安装板，安装板上设置有晶体固定座，倍频晶体装配于晶体固定座上的晶体卡槽中，并通过晶体固定盖进行倍频晶体的固定；其中，晶体固定座垂直于所述可动调节连接板，且与所述固定底座平行。

进一步地，所述钢球的直径大于固定调节连接板与可动调节连接板上的球槽深度之和，间隙的存在使得可动调节连接板相对于固定调节连接板有一定的旋转调节空间。

进一步地，所述的球槽为球面槽，与所述钢球的外表面相适配；所述球槽布置在固定调节连接板与可动调节连接板的一个下边角处。

进一步地，所述伸缩弹簧的两端分别装配于固定调节连接板与可动调节连接板上对称开设的通孔内，并分别通过弹簧固定棒固定于通孔端部的切槽中。

进一步地，所述可动调节连接板上开设有螺纹孔，第一调节螺丝、第二调节螺丝装配到螺纹孔中，当可动调节连接板相对于固定调节连接板平行时为初始状态，在初始状态时第一调节螺丝、第二调节螺丝的前端与固定调节连接板弹性接触。

进一步地，所述固定调节连接板上与第一调节螺丝、第二调节螺丝接触部分分别开设有凹槽，初始状态下第一调节螺丝、第二调节螺丝的前端分别位于对应的凹槽中，而所述伸缩弹簧被配置为在此状态下处于拉伸状态。

进一步地，所述第一调节螺丝位于钢球上方，顺时针、逆时针旋转第一调节螺丝，将使得可动调节连接板的上部会以钢球为支点向远离、靠近固定调节连接板的方向偏转，此时倍频晶体的工作面同可动调节连接板的偏转方向对应，带来的倾斜为相对于入射晶体面的上下偏转；第二调节螺丝位于钢球水平方向的侧面，故调解时所带来的倾斜为相对于入射晶体面的左右偏转；通过第一调节螺丝、第二调节螺丝的交替调节，可以使倍频晶体工作面角度精确地被调节至所需角度。

一种利用所述装置进行激光倍频晶体角度调节的方法，包括以下步骤：

步骤1，将倍频晶体用锡纸包裹放置在晶体固定座上的晶体卡槽内，用螺丝拧紧晶体固定盖，对倍频晶体进行固定；

步骤2，将装好倍频晶体的晶体固定座固定于L型安装板上，将安装板固定在可动调节连接板上，使晶体固定座垂直于所述可动调节连接板；

步骤3，在可动调节连接板、固定调节连接板上的球槽内装配好钢球，并拧入第一调节螺丝、第二调节螺丝，使第一调节螺丝、第二调节螺丝的端部位于固定调节连接板上的对应凹槽内，并使固定调节连接板与可动调节连接板保持平行，然后分别安装每个伸缩弹簧，用弹簧固定棒分别将各伸缩弹簧的端部固定到固定调节连接板与可动调节连接板上的通孔中；

步骤4，将固定调节连接板固定至底座上的固定板上，确保晶体固定座与所述固定底座平行；安装好后进行第一调节螺丝、第二调节螺丝微调，使可动调节连接板、固定调节连接板平行；

步骤5，倍频晶体开始工作，其工作面垂直于基频光入射方向，观察所测倍频后的激光功率；

步骤6，调节第一调节螺丝、第二调节螺丝，从而改变入射激光的入射角度，来调整倍频效率。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

现有的大多倍频晶体装置在激光开启倍频晶体工作时，不能调整基频光的入射角度，需要激光器在关闭状态下才能调整，导致倍频效率极低且调整时间漫长。本发明装置很好的解决了这些问题，利用钢球形成平衡轴，利用调节螺丝实现偏转，实现与调节连接板所连接的倍频晶体同样实现偏转，在激光器工作状态下仍可以调整其基频光入射角度，更高效地实现第二类倍频，极大地提升倍频效率。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构分解示意图；

图2为第一调节螺丝调节使倍频晶体向下偏转的示意图；

图3为第一调节螺丝调节使倍频晶体向上偏转的示意图；

图4为第二调节螺丝调节使倍频晶体向左偏转的示意图；

图5为第二调节螺丝调节使倍频晶体向右偏转的示意图。

图中标号说明：1固定底座，2固定调节连接板，3可动调节连接板，4弹簧固定棒，5伸缩弹簧，6钢球，7第一调节螺丝，8晶体固定盖，9倍频晶体，10晶体固定座，11安装板，12第二调节螺丝。

具体实施方式

前面背景技术中提到，激光倍频技术是由基频光入射在倍频晶体工作面上，发生非线性效应产生2倍频率的光，所以基频光的入射角度极其重要，但倍频晶体工作面的角度在夹具固定之后就难以变动，在激光器工作时手动调整夹具有一定的危险。本发明为解决该问题的思路是，在激光器工作时，不需要调整夹具的螺丝松紧度来调整倍频晶体工作面的角度，而是通过调整调节连接板上两个不同位置的调节螺丝来实现倍频晶体的偏转，偏转包括上下和左右两轴的偏转，保证更高效更安全的实现晶体倍频。

参见图1至图5，本发明的一种激光倍频晶体角度可调装置，包括固定底座1，固定底座1上垂直设置有固定板，固定板的侧面通过M4螺丝设置有固定调节连接板2，固定调节连接板2的一侧设置有可动调节连接板3，其中：

固定调节连接板2与可动调节连接板3上内侧面相对应的位置开设有球槽，并在球槽之间装配有钢球6，且钢球6使固定调节连接板2与可动调节连接板3之间存在间隙；具体地，钢球6的直径大于固定调节连接板2与可动调节连接板3上的球槽深度之和，例如球槽深度为3mm，钢球6的直径为10mm，则钢球6装配好后，当固定调节连接板2与可动调节连接板3平行时，二者之间的间隙为4mm；间隙的存在使得可动调节连接板3相对于固定调节连接板有一定的旋转调节空间。其中，所述的球槽为球面槽，与所述钢球6的外表面相适配。在一个示例中，所述固定调节连接板2与可动调节连接板3为大小相同的矩形板或三角形板，所述球槽布置在矩形板的一个下边角处。

在所述固定调节连接板2与可动调节连接板3之间均匀分布有多个伸缩弹簧5；具体地，伸缩弹簧5的两端分别装配于固定调节连接板2与可动调节连接板3上对称开设的通孔内，并分别通过弹簧固定棒4固定于通孔端部的切槽中，实现对各伸缩弹簧5的安装。伸缩弹簧5的作用是在给整个装置提供伸力，特别是在减小调节螺丝的螺纹深度时，利用伸缩弹簧5复原回原始状态的力使得可动调节连接板3向靠近固定调节连接板2的方向偏移；故当固定调节连接板2与可动调节连接板3平行时，由于调节螺丝提供的力和伸缩弹簧5提供的伸力是一种受力平衡，所以此时整个系统结构处于静力平衡状态。

在所述可动调节连接板3上，位于所述钢球6竖直方向的上部、水平方向的侧面分别设置有第一调节螺丝7、第二调节螺丝12，分别用于调节所处位置的可动调节连接板3相对于固定调节连接板的间距；所述第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的布置位置、钢球6所处位置的连线构成一个直角三角形。具体地，所述可动调节连接板3上开设有螺纹孔，第一调节螺丝7、第二调节螺丝12装配到螺纹孔中，当可动调节连接板3相对于固定调节连接板2平行时为初始状态，在初始状态时第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的前端与固定调节连接板2弹性接触。这里的弹性接触是指，所述固定调节连接板2上与第一调节螺丝7、第二调节螺丝12接触部分分别开设有凹槽，初始状态下第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的前端分别位于对应的凹槽中，而所述伸缩弹簧5被配置为在此状态下处于拉伸状态；那么当顺时针旋转第一调节螺丝7、第二调节螺丝12时，由于和可动调节连接板3上螺纹孔的配合，第一调节螺丝7、第二调节螺丝12所处位置的可动调节连接板3将向远离固定调节连接板2的方向偏移，即相对于钢球6产生旋转，此时伸缩弹簧5被进一步拉伸；同理，在初始状态下，当逆时针旋转第一调节螺丝7、第二调节螺丝12时，在伸缩弹簧5的弹力作用下，可动调节连接板3将被拉向固定调节连接板2。

所述可动调节连接板3的外侧面固定有L型安装板11，安装板11上设置有晶体固定座10，倍频晶体9装配于晶体固定座10上的晶体卡槽中，并通过晶体固定盖8进行倍频晶体9的固定；其中，晶体固定座10垂直于所述可动调节连接板3，且与所述固定底座1平行。

用无头顶丝螺丝M6*10，即第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的螺纹攻入可动调节连接板3上的螺纹孔中的程度不同，将使可动调节连接板3发生倾斜的程度不同。可动调节连接板3发生倾斜会带动安装板11上被固定的倍频晶体9发生倾斜，如图2和图3所示，在初始状态下，由于第一调节螺丝7位于钢球6上方，因此顺时针、逆时针旋转第一调节螺丝7，将使得可动调节连接板3的上部会以钢球6为支点向远离、靠近固定调节连接板2的方向偏转，此时倍频晶体9的工作面同可动调节连接板3的偏转方向对应，即所带来的倾斜为相对于入射晶体面的上下偏转。同样的道理，如图3和图4所示，第二调节螺丝12位于钢球6水平方向的侧面，故调解时所带来的倾斜为相对于入射晶体面的左右偏转；实际使用过程中，通过第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的交替调节，可以使倍频晶体9工作面角度精确地被调节至所需角度。

本装置中倍频晶体9角度调节原理为：

用一个钢球6作为旋转支点，两个调节螺丝的支撑力和伸缩弹簧5的伸力使装置在初始状态下保持一个平衡状态，在第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的时候，因为钢球6的存在，可动调节连接板3、固定调节连接板2的底部有钢球6处的间距是不变的，但是调节螺丝所在的两处位置会因为力的变化发生间距的增加或者减小，由此实现可动调节连接板3相对于固定调节连接板2的偏转；情况一：如增加调节螺丝的螺纹拧入深度，因为固定调节连接板2是固定的，则可动调节连接板3上调节螺丝所在的部分会因为调节螺丝的力，以钢球6为支点而向相对于可动调节连接板3相反的方向偏移；情况二：当减小调节螺丝的螺纹拧入深度时，调节螺丝给可动调节连接板3的力减小，由于伸缩弹簧5处于伸张状态，则在伸缩弹簧5复原过程中会拉动可动调节连接板3，使其向固定调节连接板2的靠近的方向偏移。

基于上述装置，本发明的激光倍频晶体9角度调节的方法，包括以下步骤：

步骤1，将倍频晶体9用锡纸包裹放置在晶体固定座10上的晶体卡槽内，用螺丝拧紧晶体固定盖8，对倍频晶体9进行固定。

步骤2，将装好倍频晶体9的晶体固定座10固定于L型安装板11上，将安装板11固定在可动调节连接板3上，使晶体固定座10垂直于所述可动调节连接板3。

步骤3，在可动调节连接板3、固定调节连接板2上的球槽内装配好钢球6，并拧入第一调节螺丝7、第二调节螺丝12，使第一调节螺丝7、第二调节螺丝12的端部位于固定调节连接板2上的对应凹槽内，并使固定调节连接板2与可动调节连接板3保持平行，然后分别安装每个伸缩弹簧5，用弹簧固定棒4分别将各伸缩弹簧5的端部固定到固定调节连接板2与可动调节连接板3上的通孔中。

步骤4，将固定调节连接板2固定至底座上的固定板上，确保晶体固定座10与所述固定底座1平行；安装好后进行第一调节螺丝7、第二调节螺丝12微调，使可动调节连接板3、固定调节连接板2平行。

步骤5，倍频晶体9开始工作，其工作面垂直于基频光入射方向，观察所测倍频后的激光功率。

步骤6，调节第一调节螺丝7、第二调节螺丝12，从而改变入射激光的入射角度，来调整倍频效率。

实施例：

本发明的一个实施例中，可动调节连接板、固定调节连接板的尺寸均为60*60*7mm；在可动调节连接板内侧边角处有可放置直径10mm钢球的深度为3mm的球面状球槽，球槽在可动调节连接板的一条对角线上，距离最近的对角点距离为15mm；旋转可动调节连接板，使球槽位于右下侧，并在固定调节连接板上对应位置进行同样的球槽加工。

在固定调节连接板上球槽的上方、侧面各加工一个深度1mm的圆柱形切除凹槽，凹槽位于对角线上，距离对角点距离为7mm；在可动调节连接板上对应位置开设螺纹孔。

方案中采用的调节螺丝均为内六角无头顶丝M6*10mm，满足使用条件，在可动调节连接板、固定调节连接板平行时，两块板之间可调节的间距为4mm，根据直角三角形计算公式，计算角度可算出可动调节连接板相对于固定调节连接板可偏移的角度为±5.5度。

本案例中所选用的倍频晶体为6*6*10mm，所以可以理解为晶体工作面的偏转可调节角度为左右偏转±5.5度，上下偏转±5.5度，在激光器工作过程中调节晶体工作面的入射角度，从而达到最佳的倍频角度，实现输出功率理想输出。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，包括固定底座(1)，固定底座(1)上垂直设置有固定板，固定板的侧面设置有固定调节连接板(2)，固定调节连接板(2)的一侧设置有可动调节连接板(3)，其中：

固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)上内侧面相对应的位置开设有球槽，并在球槽之间装配有钢球(6)，且钢球(6)使固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)之间存在间隙；在所述固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)之间均匀分布有多个伸缩弹簧(5)；

在所述可动调节连接板(3)上，位于所述钢球(6)竖直方向的上部、水平方向的侧面分别设置有第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)，分别用于调节所处位置的可动调节连接板(3)相对于固定调节连接板(2)的间距；所述第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)的布置位置、钢球(6)所处位置的连线构成一个直角三角形；

所述可动调节连接板(3)的外侧面固定有L型安装板(11)，安装板(11)上设置有晶体固定座(10)，倍频晶体(9)装配于晶体固定座(10)上的晶体卡槽中，并通过晶体固定盖(8)进行倍频晶体(9)的固定；其中，晶体固定座(10)垂直于所述可动调节连接板(3)，且与所述固定底座(1)平行。

2.根据权利要求1所述的激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，所述钢球(6)的直径大于固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)上的球槽深度之和，间隙的存在使得可动调节连接板(3)相对于固定调节连接板有一定的旋转调节空间。

3.根据权利要求1所述的激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，所述的球槽为球面槽，与所述钢球(6)的外表面相适配；所述球槽布置在固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)的一个下边角处。

4.根据权利要求1所述的激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，所述伸缩弹簧(5)的两端分别装配于固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)上对称开设的通孔内，并分别通过弹簧固定棒(4)固定于通孔端部的切槽中。

5.根据权利要求1所述的激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，所述可动调节连接板(3)上开设有螺纹孔，第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)装配到螺纹孔中，当可动调节连接板(3)相对于固定调节连接板(2)平行时为初始状态，在初始状态时第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)的前端与固定调节连接板(2)弹性接触。

6.根据权利要求1所述的激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，所述固定调节连接板(2)上与第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)接触部分分别开设有凹槽，初始状态下第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)的前端分别位于对应的凹槽中，而所述伸缩弹簧(5)被配置为在此状态下处于拉伸状态。

7.根据权利要求1所述的激光倍频晶体角度可调装置，其特征在于，所述第一调节螺丝(7)位于钢球(6)上方，顺时针、逆时针旋转第一调节螺丝(7)，将使得可动调节连接板(3)的上部会以钢球(6)为支点向远离、靠近固定调节连接板(2)的方向偏转，此时倍频晶体(9)的工作面同可动调节连接板(3)的偏转方向对应，带来的倾斜为相对于入射晶体面的上下偏转；第二调节螺丝(12)位于钢球(6)水平方向的侧面，故调解时所带来的倾斜为相对于入射晶体面的左右偏转；通过第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)的交替调节，可以使倍频晶体(9)工作面角度精确地被调节至所需角度。

8.一种利用根据权利要求1至7中任一权利要求所述装置进行激光倍频晶体角度调节的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将倍频晶体(9)用锡纸包裹放置在晶体固定座(10)上的晶体卡槽内，用螺丝拧紧晶体固定盖(8)，对倍频晶体(9)进行固定；

步骤2，将装好倍频晶体(9)的晶体固定座(10)固定于L型安装板(11)上，将安装板(11)固定在可动调节连接板(3)上，使晶体固定座(10)垂直于所述可动调节连接板(3)；

步骤3，在可动调节连接板(3)、固定调节连接板(2)上的球槽内装配好钢球(6)，并拧入第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)，使第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)的端部位于固定调节连接板(2)上的对应凹槽内，并使固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)保持平行，然后分别安装每个伸缩弹簧(5)，用弹簧固定棒(4)分别将各伸缩弹簧(5)的端部固定到固定调节连接板(2)与可动调节连接板(3)上的通孔中；

步骤4，将固定调节连接板(2)固定至底座上的固定板上，确保晶体固定座(10)与所述固定底座(1)平行；安装好后进行第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)微调，使可动调节连接板(3)、固定调节连接板(2)平行；

步骤5，倍频晶体(9)开始工作，其工作面垂直于基频光入射方向，观察所测倍频后的激光功率；

步骤6，调节第一调节螺丝(7)、第二调节螺丝(12)，从而改变入射激光的入射角度，来调整倍频效率。

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