CN210167629U

CN210167629U - 一种双波长的激光装置

Info

Publication number: CN210167629U
Application number: CN201921254009.XU
Authority: CN
Inventors: 孙笠馨; 张吉生; 傅立斌
Original assignee: Fast Laser Technology Suzhou Co Ltd
Current assignee: Fast Laser Technology Suzhou Co Ltd
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2020-03-20
Anticipated expiration: 2029-08-05

Abstract

本实用新型公开了一种双波长的激光装置，激光器产生的激光束以第一光路路径方向输出；或，激光器产生的激光束以声光Q开关零级衍射的光路路径行进或同时以一级衍射光路路径与零级衍射光路路径行进，其中，当激光束以零级衍射光路路径方向行进时，激光束以透镜组的中心方向进入透镜组，由频率转换装置进行频率转化变为不同波长的混合激光束，最后经滤除部分波长光束输出；当激光束以一级衍射光路路径方向行进时，激光束以一倾斜角度进入透镜组，然后与第一光路路径方向光束汇合输出。本实用新型实现切换基频光与非线性光的输出，实现双波长的输出。

Description

一种双波长的激光装置

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体涉及一种双波长的激光装置。

背景技术

从早期小功率的激光打标，再至现在的大功率激光焊接切割，不同类型的激光在各个加工领域中得到了深入应用。在加工类型中，有时会使用红外激光进行热加工，有时需要紫外激光进行冷加工，甚至对于特殊器件，需要多个波长激光器协调加工才能达到目标。

但目前的激光器多为单一波长，且为了输出稳定，很多激光器被限制在单一输出功率，需要依靠外光路调节才可以实现功率可调。当需要多波长功率可调的加工状态时，就需要多台激光器配合使用，不仅增加了成本，又增加了调试时间。

因此，本实用新型的目的就是设计一可以进行波长切换及双波长功率可调的激光装置，以满足上述所述需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以进行波长切换及双波长功率可调的激光装置。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种双波长的激光装置，包括激光器、第一平凸透镜、第二平凸透镜、电光装置、第一PBS镜片、第二PBS镜片、声光Q开关、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第五全反镜、直角三角棱镜、频率转换装置和二向色分光镜，其中，所述激光器产生的激光束依次经所述第一平凸透镜、电光装置、第一PBS镜片后，由所述第一PBS镜片反射至所述第三透镜组，经所述第二PBS镜片入射至所述直角三角棱镜，并在所述三角棱镜内部完成两次折转后出射至所述第三全反镜的表面并输出；或，所述激光器产生的激光束依次经所述第一平凸透镜、电光装置、第一PBS镜片后，由所述第一PBS镜片透射至所述声光Q开关后，激光束继续以零级衍射的光路路径行进或同时以一级衍射光路路径与零级衍射光路路径行进，其中，当激光束以零级衍射光路路径方向行进时，激光束从第一透镜组的中心方向进入后，依次经所述第二全反镜、第三全反镜、第二平凸透镜、频率转换装置，并由所述频率转换装置进行频率转化变为不同波长的混合激光束，所述不同波长的光束经所述二向色分光镜折射至光路外或投射至所述第三透镜组后输出；当激光束以一级衍射光路路径方向行进时，激光束以一倾斜角度进入至所述第一透镜组中，后依次经所述第四全反镜、第五全反镜、第四透镜组、第二PBS镜片入射至所述直角三角棱镜，并在所述三角棱镜内部完成两次折转后出射至所述第三全反镜的表面并输出。

较佳地，所述激光器包括基频光种子源及放大装置。

较佳地，所述电光装置为1/2基频光波长的电光装置。

较佳地，所述第一PBS镜片对水平偏振光高透，对垂直偏振光高反；所述第二PBS镜片对水平偏振光高反，对垂直偏振光高透。

较佳地，所述第二透镜组包括光束扩束准直用透镜。

较佳地，所述第三透镜组包括光束扩束准直用透镜。

较佳地，所述第四透镜组包括光束扩束准直用透镜。

较佳地，所述直角三角棱镜的直角边所在面镀有基频光波长的高反膜层。

较佳地，所述第一透镜组包括一平凹透镜与第三平凸透镜。

较佳地，所述频率转换装置为二倍频装置、三倍频装置或四倍频装置。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

1、本实用新型实施例通过1/2基频光波长的电光装置，实现切换基频光与非线性光的输出，通过声光Q开关，实现双波长的输出。

2、本实用新型实施例通过对注入射频功率的调节，进而影响激光的衍射效率，从而实现双波长激光输出的功率调节。

3、本实用新型实施例通过在直角三角棱镜设置可控电位移装置，可根据用户的使用需求，控制两波长光束的脉冲时间间隔。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。附图中：

图1为本实用新型实施例双波长的激光装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例第一透镜组对光束的调整示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的一种双波长的激光装置进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

请参考图1，一种双波长的激光装置，包括激光器1、第一平凸透镜2、第二平凸透镜16、电光装置3、第一PBS镜片4、第二PBS镜片10、声光Q开关5、第一透镜组6、第二透镜组13、第三透镜组19、第四透镜组9、第一全反镜12、第二全反镜14、第三全反镜15、第四全反镜7、第五全反镜8、直角三角棱镜11、频率转换装置17和二向色分光镜18，其中，

激光器1包括基频光种子源及放大装置；电光装置3为1/2基频光波长的电光装置，对电光装置3施加一定电压，可以改变光束的偏振方向；第一PBS镜片4对水平偏振光高透，对垂直偏振光高反，第二PBS镜片10对水平偏振光高反，对垂直偏振光高透；第二透镜组13包含光束扩束准直用透镜，可对入射的激光束进行二次准直；直角三角棱镜11的直角边所在面镀有基频光波长的高反膜层；第一透镜组6包括一平凹透镜与第三平凸透镜；频率转换装置17可以为二倍频装置、三倍频装置或四倍频装置等，且每块非线性晶体均有独立的温控装置。以下以激光器1产生水平线偏振激光为例对本实施例激光装置的工作原理进行说明。

激光器1产生的水平线偏振激光依次经所述第一平凸透镜2、电光装置3，水平线偏振激光传播至第一平凸透镜2后变为近似准直的激光束，而后，激光束通过1/2基频光波长的电光装置3，继而：

若电光装置3被施加1/2基频光波长对应的电压，激光束的偏振态由水平线偏振变为垂直线偏振；垂直线偏振激光由所述第一PBS镜片4反射至所述第二透镜组13，被第二透镜组13准直后，激光束入射至第二PBS镜片10，经所述第二PBS镜片10垂直入射至所述直角三角棱镜11，并在所述三角棱镜内部以90度角完成两次折转后出射至所述第一全反镜12的表面，激光束经第一全反镜12折转90度反射输出；这里，将此光路路径记为第一光路路径；

若电光装置3没有被施加电压，激光束的偏振态仍为水平线偏振，激光束从电光装置3输出后，入射至第一PBS镜片4，由所述第一PBS镜片4透射至所述声光Q开关5，若声光Q开关5被施加射频，因声场的作用，激光束将发生一级衍射与零级衍射，激光束将同时以一级衍射光路路径与零级衍射光路路径行进；若对声光Q开关5施加的射频消失，激光束将以零级衍射的光路路径行进。其中，一级衍射光路路径与零级衍射光路路径具体如下：

当激光束以零级衍射光路路径方向行进时，激光束以第一透镜组6的中心方向进入后，仅激光束直径发生变化，当激光束出射第一透镜组6之后，激光束继续依次经所述第二全反镜14、第三全反镜15折射进入第二平凸透镜16，并以聚焦状态输出至频率转换装置17，由所述频率转换装置17进行频率转化后，变为不同波长的混合激光束，不同波长的混合激光束出射至二向色分光镜18，二向色分光镜18的镀膜对激光波长进行滤除，被滤除的激光将被二向色分光镜18折射到光路外，若有多个波长的激光需要被滤除，则需要考虑频率转换装置17为何种结构，根据方式不同，二向色分光镜18可能被替换为其他器件或在频率转换装置17插入额外的二向色分光镜；最后，过滤后的激光束入射至第三透镜组19，第三透镜组19根据激光束发散状态选用合适的透镜组合，完成对输出激光的二次准直；

当激光束以一级衍射光路路径方向行进时，首先，激光束将以一倾斜角度进入至所述第一透镜组6中，在第一透镜组6中，平凹透镜将激光束的倾角进一步增大，下一级的第三平凸透镜则将倾斜的激光束校正为水平方向输出，以这种方式分离光束，可以缩短整体光腔的使用体积；然后，变为水平传播方向的激光束依次通过第四全反镜7和第五全反镜8反射，折转至第四透镜组9中，进而被二次准直，准直后的激光束因保持了水平偏振的特性，因此，激光束会被第二PBS镜片10折转至直角三角棱镜11中；最后，通过调节第四全反镜7和第五全反镜8，使准直后的激光束可以与通过第二PBS镜片10的激光束保持相同的光学路径，因此，该激光束可以依次被直角三角棱镜11和第三全反镜12折转出光路，且折转路径与通过第二PBS镜片10的激光束的光学路径保持相同，避免了后续的光学调整。

这里，请参考图2，假设平凹透镜和第三平凸透镜可以视为薄透镜，激光束的倾斜角为a，平凹透镜的焦距绝对值为f1，第三平凸透镜的焦距绝对值为f2，平凹透镜距离声光Q开关5的距离为L1，第三平凸透镜距离平凹透镜的距离为L2，则可写出对应的M矩阵。若使激光束输出后为水平状态，则对应的输出光束矩阵中的倾角项为0，即有等式(f2-L2)＝L1*f1/(L1+f1)，通过此等式，就可求出焦距确定情况下的平凹透镜和第三平凸透镜的空间位置，极大地简化了光路设计过程。

相应地，调整位置后的激光束距离零级衍射光路的距离为L1*a+L2*(L1*a/f1+a)，通过此式可以估算一级衍射光路与零级衍射光路的空间距离，进而可以选择大小合适的全反镜进行光路调节。

在声光衍射中，衍射效率的大小与注入射频的功率相关，因此，通过对注入射频功率的调节，进而影响激光的衍射效率，从而实现双波长激光输出的功率调节。

进一步地，在双波长的使用中，除了对功率输出有要求外，对于双波长光束的脉冲间隔控制也有需求。因此，通过在直角三角棱镜11设置可控电位移装置，根据用户的使用需求，控制两波长光束的脉冲时间间隔。同时，从声光Q开关5开始，对零级衍射光路与一级衍射光路进行较为精确的光学路径计算，使两波长的激光束脉冲间距小于3mm以下。

可以理解地，当激光器1产生的激光束为垂直线偏振时，可将第一PBS镜片4和第二PBS镜片10的位置调换，光路在其他部件的行进方向保持不变。

本实施例通过1/2基频光波长的电光装置3，实现切换基频光与非线性光的输出；通过声光Q开关5，实现双波长的输出以及对双波长激光输出功率和脉冲间距的调节。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种双波长的激光装置，其特征在于，包括激光器、第一平凸透镜、第二平凸透镜、电光装置、第一PBS镜片、第二PBS镜片、声光Q开关、第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第五全反镜、直角三角棱镜、频率转换装置和二向色分光镜，其中，

所述激光器产生的激光束依次经所述第一平凸透镜、电光装置、第一PBS镜片后，由所述第一PBS镜片反射至所述第二透镜组，经所述第二PBS镜片入射至所述直角三角棱镜，并在所述三角棱镜内部完成两次折转后出射至所述第三全反镜的表面并输出；

或，所述激光器产生的激光束依次经所述第一平凸透镜、电光装置、第一PBS镜片后，由所述第一PBS镜片透射至所述声光Q开关后，激光束继续以零级衍射的光路路径行进或同时以一级衍射光路路径与零级衍射光路路径行进，其中，

当激光束以零级衍射光路路径方向行进时，激光束从第一透镜组的中心方向进入后，依次经所述第二全反镜、第三全反镜、第二平凸透镜、频率转换装置，并由所述频率转换装置进行频率转化变为不同波长的混合激光束，所述不同波长的光束经所述二向色分光镜折射至光路外或投射至所述第三透镜组后输出；

当激光束以一级衍射光路路径方向行进时，激光束以一倾斜角度进入至所述第一透镜组中，后依次经所述第四全反镜、第五全反镜、第四透镜组、第二PBS镜片入射至所述直角三角棱镜，并在所述三角棱镜内部完成两次折转后出射至所述第三全反镜的表面并输出。

2.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述激光器包括基频光种子源及放大装置。

3.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述电光装置为1/2基频光波长的电光装置。

4.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述第一PBS镜片对水平偏振光高透，对垂直偏振光高反；所述第二PBS镜片对水平偏振光高反，对垂直偏振光高透。

5.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述第二透镜组包括光束扩束准直用透镜。

6.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述第三透镜组包括光束扩束准直用透镜。

7.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述第四透镜组包括光束扩束准直用透镜。

8.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述直角三角棱镜的直角边所在面镀有基频光波长的高反膜层。

9.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述第一透镜组包括一平凹透镜与第三平凸透镜。

10.根据权利要求1所述的双波长的激光装置，其特征在于，所述频率转换装置为二倍频装置、三倍频装置或四倍频装置。