CN210693011U - 一种激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光器，包括：第一调节装置进行旋转，可使第一束激光穿过第一调节装置中第一旋转盘之通光孔、或使经过第三调节装置进行90°反射的第二束激光在第一旋转盘之45°全反射镜上再进行90°反射，从而与第一束激光同光路轮流输出；第二调节装置进行旋转，可使前述已经同光路输出的第一、第二两束激光穿过其第二旋转盘之通光孔，或使经过第四调节装置进行90°反射的第三束激光在第二旋转盘之45°全反射镜上再进行90°反射，从而使得第三束激光与第一、二束激光同光路轮流输出。利用本实用新型实施例，能够使得三路激光轮番发出，并沿着各自的路线汇合到主光路形成同路激光输出，不需要每次进行光路对准，提高合束输出的效率。

Description

一种激光器

技术领域

本实用新型涉及多路激光头出光分时合束技术领域，尤其涉及一种脉冲工作状态下的激光器。

背景技术

随着激光加工、激光医疗等激光在诸多领域应用的发展，人们常常会选择采用不同工作物质从而输出特定波长、拥有不同参数的激光器来实现自己的目的，但有时单台激光器输出的功率/能量、重复频率不能很好地满足日益增长的应用需求。例如用于医疗的大功率钬激光器，由于掺钬的激光工作物质(Ho:YAG)具有热导率较低、不能很好地散热的缺点，限制了它产生大能量、高重复频率的输出，此时就需要使用某种高功率合束器把多束高功率激光拼接为一束进行输出(非相干合束)。

现有技术中，一般采用共聚焦技术，即将数台激光头(如三台)按呈一定小夹角的位置放置，通过激光合束镜(通常是一个会聚透镜即凸透镜类型)将多束激光汇聚到一个点上，然后再进行后续传输或直接使用。此类方案在装配和调整时需将一个激光探测模块放置于激光合束镜的透射方向上，使不同的激光头输出的激光束依次从激光合束镜透射时，在探测模块上形成不同光斑，以这些光斑位置反演出激光头的位置和夹角。而由于光斑位置与激光束的入射角度相关，即激光束的入射角度不同，在探测模块上所形成的光斑位置也会不同，激光束的入射角度相同时，在探测模块上形成的光斑位置也会相同，从而能够基于光斑位置调整激光束的入射方向。

可见，现有技术中进行激光合束是不断的调整激光头的位置和夹角，借以调整输出光束在合束镜上的入射角度，直至符合入射角度相同再进行合束，该合束过程调节较为复杂，容易造成激光对准角度误差；同时，对于后续的传输(例如采用导光臂)仍然有很大的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种激光器方案，不仅能够提高待调试器件的调试效率，减少调试过程中进行的人为手动移动待调试器件的粗糙动作，进而减少器件的损坏几率；还能使得待调试的几束激光呈完全同光路输出状态，更有利于进行后续的传输和应用。具体技术方案如下：

为达到上述目的，本实用新型实施例提供了一种激光器，包括：

激光器出光口；

第一激光头，发出第一束激光；

第二激光头，发出第二束激光；

第三激光头，发出第三束激光；

主控器；

第一调节装置、第二调节装置；

第三调节装置、第四调节装置；

所述第一调节装置上配置45°全反射镜、第三调节装置上配置的45°全反射镜，以针对第二激光头的输出波长产生90°全反射；所述第二调节装置配置的45°全反射镜、第四调节装置上配置的45°全反射镜，以针对第三激光头的输出波长产生90°全反射；

所述第一调节装置，设置于所述第一激光头与所述第二调节装置之间，包括：第一电机，第一旋转盘；所述第一旋转盘含第一调节装置的45°全反射镜和第一调节装置通光孔；所述第一旋转盘的转动中心安装于第一电机的输出转轴上，所述第一电机受所述主控器控制，在所述主控器驱动信号的作用下，通过第一电机的转动，调节第一旋转盘之第一调节装置的45°全反射镜和第一调节装置通光孔的位置，可使第一束激光穿过所述第一调节装置通光孔，或可使第二束激光经所述第一调节装置的45°全反射镜进行90°反射；

所述第二调节装置，设置于所述第一调节装置与所述出光口之间，包括：第二电机，第二旋转盘；所述第二旋转盘含第二调节装置的45°全反射镜和第二调节装置通光孔；所述第二旋转盘的转动中心安装于第二电机的输出转轴上；所述第二电机受所述主控器控制，在所述主控器驱动信号的作用下，通过第二电机的转动，调节第二旋转盘之第二调节装置的45°全反射镜和第二调节装置通光孔的位置，可使第一束激光穿过所述第二调节装置通光孔，或可使所述第一调节装置的45°全反射镜进行90°反射的第二束激光穿过所述第二调节装置通光孔，或可使第三束激光经过所述第二调节装置的45°全反射镜进行90°反射；

第三调节装置，接收所述第二束激光并将所述第二束激光经第三调节装置的45°全反射镜反射到所述第一调节装置的45°全反射镜上；

第四调节装置，接收所述第三束激光并将所述第三束激光经第四调节装置的45°全反射镜反射到所述第二调节装置的45°全反射镜上。

一种实现方式中所述第一旋转盘设置有：电机转轴固定孔、第一通光孔、第二通光孔、45°全反射镜；

所述电机转轴固定孔与所述第一电机的转轴连接，所述第一通光孔、所述第二通光孔、所述45°全反射镜沿着所述电机转轴固定孔均匀分布且达到动平衡；

所述第二调节装置与所述第一调节装置结构相同。

一种实现方式中，所述第三调节装置和所述第四调节装置均为固定式调节装置，其上安装有45°全反射镜。

一种实现方式中，每一个激光头是采用同种工作物质输出同波长、同输出参数的脉冲激光器，或者是采用不同工作物质输出不同波长、或同种工作物质输出同种波长但其他输出参数不同的脉冲激光器。

一种实现方式中，所述第一调节装置、第三调节装置上配置的45°全反射镜，需针对第二激光头的输出波长产生90°全反射；所述第二、第四调节装置上配置的45°全反射镜，需针对第三激光头的输出波长产生90°全反射。

一种实现方式中，所述第一调节装置还包括定位装置，所述定位装置包括固定于调节装置上的槽型光耦、设置于第一旋转盘上的遮挡片；

所述遮挡片随所述第一旋转盘运动，并在划过所述槽型光耦时短时遮挡所述光耦发光端向接收端传输的光信号光路，使得所述槽型光耦产生一个电信号，所述槽型光耦的接收端向所述主控器提供该信号，即提供了所述第一旋转盘上1号、第二通光孔与45°全反射镜的位置信号。

一种实现方式中，所述第一激光头、所述第二激光头和所述第三激光头为平行设置。

一种实现方式中，也可以将第二激光头、所述第三激光头平行且与所述第一激光头垂直设置。

应用本实用新型实施例提供的一种激光器，将三路激光头进行平行放置，轮番的发出平行的三束激光。当第一激光头工作并发射出第一束激光时，通过主控器的控制使第一调节装置与第二调节装置均处于通光孔位置，使得第一束激光穿过第一、二调节装置的通光孔到达激光器出光口；当第二激光头工作并发射出第二束激光时，通过主控器的控制使第一调节装置处于45°全反射镜位置而第二调节装置处于通光孔位置，此时第二束激光通过第三调节装置的45°全反射镜进行90°反射后经第一调节装置的45°全反射镜又进行了一次90°反射，沿与第一束激光相同的光路穿过第二调节装置通光孔，到达激光器出光口；当第三激光头工作并发射出第三束激光时，通过主控器的控制使第二调节装置处于45°全反射镜位置(无需考虑第一调节装置位于哪个位置)，此时第三束激光通过第四调节装置的45°全反射镜反射后经第二调节装置的45°全反射镜又进行了一次90°反射，使得第三束激光沿与第一、二束激光相同的光路到达激光器出光口。该过程只要合理设定每一路激光头的发光时间间隔，就可以通过主控器进行电机的旋转调整达到上述三束激光合束输出。因此，能够使得三路激光头轮流发出激光并沿着各自的路线汇合到主光路，形成一束激光输出，而不需要每次均进行光路对准调节；在提高合束输出的效率的同时，也直接将总体的激光工作频率提高了三倍，比如每个激光头的工作频率是10Hz,那么整体激光器的工作频率就达到30Hz。

附图说明

图1是本实用新型提供的激光器的主体结构示意图；

图2是本实用新型提供的激光器的第一、二调节装置的旋转盘结构示意图；

图3是本实用新型提供的激光器的第一、二、三、四调节装置之45°全反射镜工作示意图；

图4是本实用新型提供的激光器的简要光路示意图；

图5是本实用新型提供的激光器的第一、二调节装置的旋转盘工作时序示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图5所示，为本实用新型的激光器的结构示意图。

具体的，一种激光器，包括：激光器出光口13；第一激光头10，发出第一束激光；第二激光头11，发出第二束激光；第三激光头12，发出第三束激光。

可以理解的是，每一个激光头既可以单独使用，也可以进行复用。

本实用新型的激光器还包括主控器，具体可以采用单片机实现，通过单片机与激光电源(图中未示出)、第一调节装置1和第二调节装置2通信，实现至少三路激光的合束输出。

本实用新型实施例中，激光器系统通过主控器与第一调节装置1和第二调节装置2进行通信。第一调节装置1，如图1、2所示，主体包括：第一电机101、第一旋转盘102。在第一旋转盘102上有位于其几何中心的电机转轴固定孔121，以及设置于102上的1号通光孔122、2号通光孔123、45°全反射镜124；第一电机101受主控器控制，第一旋转盘102以电机转轴固定孔121与第一电机101的转轴连接，1号通光孔122、2号通光孔123、45°全反射镜124沿着电机转轴固定孔121均匀分布，且在适当位置加配重。

需要说明的是，如图3、4，第一电机101为伺服电机，通过位于旋转盘102中心的电机转轴固定孔121将旋转盘固定于电机转轴上，在电机转动时旋转盘随之转换位置，可以使得旋转盘上的1号通光孔122、2号通光孔123、45°全反射镜124轮流出现在光路中，实现通过在光路上切换为通光孔或者45°全反射镜而改变光线的传播方式，进而实现光路的切换调节。

需要说明的是，当第一激光头准备发出激光时，需要提前保障该束激光所对应的光路是畅通的。由于最终的合束出光口为固定式设置，且与第一激光头的输出方向相对应，因此，只要第一激光头与出光口之间无遮挡，则可以保证第一束激光直接输出至出光口。

具体的，当主控器与第一电机101进行通信，驱动电机进行旋转时，在第一束激光发光的同一时刻，将第一调节装置1的1号通光孔122或2号通光孔123置于光路(此时孔的几何中心位于光路的光轴)，实现第一束激光穿过第一调节装置1的通光孔；或在第二束激光发光的时刻，将第一调节装置1的45°全反射镜124置于光路，让第二束激光经过第一调节装置1的45°全反射镜进行90°反射，沿与第一束激光完全相同的光路前进。

第二调节装置2，与第一调节装置1的结构相同，在主控器驱动信号的作用下，通过第二电机的转动，调节第二调节装置2上的通光孔与45°全反射镜的位置，可使第一束激光、第二束激光轮番穿过第二调节装置2的通光孔(每一束激光穿过其对应的通光孔)，或使第三束激光经过第二调节装置2的45°全反射镜进行90°反射，沿与第一束、第二束激光完全相同的光路前进。

第三调节装置3上安装有45°全反射镜，接收第二束激光并将其反射到第一调节装置1的45°全反射镜124上；第四调节装置4的结构与功能与第三调节装置3完全相同，接收第三束激光并将其反射到第二调节装置2的45°全反射镜上。如图3和图4示。

本实用新型实施例中，为使得第二束、第三束激光经过各自对应的调节装置实现完全与第一束激光同光路输出，还需要精细调整所有四个调节装置的俯仰角与方位角。

主控器控制激光电源轮番向三个激光头提供脉冲氙灯的放电电流，以达到提高激光重复频率的目的。需要说明的是，因为空气中的光速约等于真空光速(3×10⁸米/秒)，如图1所示的三个激光头完全平行放置的结构(间隔约100～200mm)带来的光程差所对应的时间差只有不到0.5ns，对于激光器总重复率不超过200Hz也就是说相邻两个分别由不同激光头发出的激光脉冲的间隔不小于5ms而言，完全可以忽略不计，因此无需调节三个激光头的光程差。下列表1可结合图5，说明各个激光头发射时两个旋转调节装置的通光孔与45°全反射镜的位置。图5中，带有⊕标记的位置即为激光主光路，标为124(224)的即为45°全反射镜，其他的分别为各自的两个通光孔，图中各种状态标识得很简洁明了，无需多做解释。

表1各个激光头发射时两个旋转调节装置的位置

激光器工作于长脉冲状态时，按照200Hz的激光工作频率计，在第一和第二调节装置匀速转动的条件下，激光光斑不被遮挡而完全穿过通光孔的时间，计算得到为1.9ms，我们考虑一定的冗余量，可以保证激光脉宽宽达1.5ms的脉冲都可以毫无遮挡地穿过通光孔或被45°全反射镜进行90°全反射。换言之，只要激光脉宽不大于1.5ms，总工作频率不大于200Hz，就可以采用廉价的可调速电机带动两个旋转调节装置。

对于超出前述限定参数的应用场合，我们采用伺服电机来替代前述的廉价可调速电机。在槽型光耦的配合下，伺服电机带动旋转盘以间断方式工作，即在激光脉冲的间隔，电机带动旋转盘从一个位置(通光孔或45°全反射镜)迅速旋转120°到下一个位置(通光孔或45°全反射镜)并停留一段时间，参见图5，这样可以让旋转盘的三个工作位置(如第一调节装置1的通光孔122、45°全反射镜124及通光孔123，此处我们设定旋转盘都以顺时针方向转动，全文同。)获得时间上更大的占空比。具体伺服电机旋转和停顿的时间段分配，要看激光脉冲宽度与激光器总工作频率的参数，原则上激光脉宽与总工作频率之积不可接近1，一般最高在0.5～0.6左右，否则激光电源极易发生连弧故障。(如1ms脉宽的激光，总工作频率1000Hz，1ms为1×10^-3s，1000Hz为1×10³s^-1，其乘积刚好为1)

至于激光器工作于自由振荡(典型脉宽为200～300μs)、Q开关(典型脉宽为不大于10ns)及锁模(典型脉宽在百ps至数十fs间)等状态下，因为相对于光斑可穿过通光孔(或经45°全反射镜进行90°全反射)允许的时间，激光的持续时间为一微量值，故完全可以采用匀速转动的可调速电机来带动旋转盘工作，而不必担心输出光斑不完整的问题。

需要说明的是，槽型光耦对输入、输出的信号有较好的隔离作用，拥有良好的抗干扰能力和电绝缘能力。所以，槽型光耦用来作为终端的隔离元件可以很好地提高信噪比。槽型光耦由红外线发射管和红外线接收管两部分组成，共有四个引脚，发射端和接收端各有两个。发射端两个引脚通电后，发射出红外线，接收端接收到红外线时，输出为高电平，电机转动。镜架上的遮光片随着电机转动，当遮光片正好处于U型槽之间时，阻断红外线接收端的信号，则接收端输出低电平，伺服电机停止转动，确定初始相位。通过此方法控制旋转镜架的初始位置，效率高，准确性好。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种激光器，其特征在于，包括：

激光器出光口；

第一激光头，发出第一束激光；

第二激光头，发出第二束激光；

第三激光头，发出第三束激光；

主控器；

第一调节装置、第二调节装置；

第三调节装置、第四调节装置；

所述第一调节装置上配置45°全反射镜、第三调节装置上配置的45°全反射镜，以针对第二激光头的输出波长产生90°全反射；所述第二调节装置配置的45°全反射镜、第四调节装置上配置的45°全反射镜，以针对第三激光头的输出波长产生90°全反射；

所述第一调节装置，设置于所述第一激光头与所述第二调节装置之间，包括：第一电机，第一旋转盘；所述第一旋转盘含第一调节装置的45°全反射镜和第一调节装置通光孔；所述第一旋转盘的转动中心安装于第一电机的输出转轴上，所述第一电机受所述主控器控制，在所述主控器驱动信号的作用下，通过第一电机的转动，调节第一旋转盘之第一调节装置的45°全反射镜和第一调节装置通光孔的位置，可使第一束激光穿过所述第一调节装置通光孔，或可使第二束激光经所述第一调节装置的45°全反射镜进行90°反射；

所述第二调节装置，设置于所述第一调节装置与所述出光口之间，包括：第二电机，第二旋转盘；所述第二旋转盘含第二调节装置的45°全反射镜和第二调节装置通光孔；所述第二旋转盘的转动中心安装于第二电机的输出转轴上；所述第二电机受所述主控器控制，在所述主控器驱动信号的作用下，通过第二电机的转动，调节第二旋转盘之第二调节装置的45°全反射镜和第二调节装置通光孔的位置，可使第一束激光穿过所述第二调节装置通光孔，或可使所述第一调节装置的45°全反射镜进行90°反射的第二束激光穿过所述第二调节装置通光孔，或可使第三束激光经过所述第二调节装置的45°全反射镜进行90°反射；

第三调节装置，接收所述第二束激光并将所述第二束激光经第三调节装置的45°全反射镜反射到所述第一调节装置的45°全反射镜上；

第四调节装置，接收所述第三束激光并将所述第三束激光经第四调节装置的45°全反射镜反射到所述第二调节装置的45°全反射镜上。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一旋转盘设置有：电机转轴固定孔、第一通光孔、第二通光孔、45°全反射镜；

所述电机转轴固定孔与所述第一电机的转轴连接，所述第一通光孔、所述第二通光孔、45°全反射镜沿着所述电机转轴固定孔均匀分布且达到动平衡；

所述第二调节装置与所述第一调节装置结构相同。

3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第三调节装置和所述第四调节装置均为固定式调节装置，其上安装有45°全反射镜。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激光器，其特征在于，每一个激光头是采用同种工作物质输出同波长、同输出参数的脉冲激光器，或者是采用不同工作物质输出不同波长、或同种工作物质输出同种波长但其他输出参数不同的脉冲激光器。

5.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述第一调节装置还包括定位装置，所述定位装置包括固定于调节装置上的槽型光耦、设置于第一旋转盘上的遮挡片；

所述遮挡片随所述第一旋转盘运动，并在划过所述槽型光耦时短时遮挡所述光耦发光端向接收端传输的光信号光路，使得所述槽型光耦产生一个电信号，所述槽型光耦的接收端向所述主控器提供该信号，即提供了所述第一旋转盘上1号、第二通光孔与45°全反射镜的位置信号。

6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述第一激光头、所述第二激光头和所述第三激光头为平行设置。

7.根据权利要求1或6所述的激光器，其特征在于，也可以将第二激光头、所述第三激光头平行且与所述第一激光头垂直设置。

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