专利名称：利用切换式工作避免损伤材料的方法
技术领域：
本发明涉及激光技术领域，特别涉及利用切换式工作避免损伤的光学材料的方法。
技术背景激光技术中采用的光学材料在长时间连续工作的情况下，面临着严重的损伤问题。 尤其是对于大功率固体激光器、激光放大器的激光材料、非线性材料等，如何有效防 止材料及其表面镀膜的损伤，成为激光技术领域中的一个重要课题。材料能承受的最大光功率密度称为损伤阈值，但是损伤阀值一般是在短时间连续工 作下测定的。比如，在T.Kamimura，R.Ono,Y.K.Yap,M.Yoshimura等人在"Investigation of bulk laser damage in Borate crystals for high-power all solid-state UV lasers"(SPIE Vol.4347,2001)中提到，用266nrn、 0.75ns的激光脉冲实验，CLBO非线性材料的损伤阈值为25.4GGM/cm2，但是测定该阈值的实验时间只有10分钟。所以，即使损伤阈值较大，并不代表在实际需要的长时间工作情况下材料能保持稳定的输出。实际工作中的激光材料和非线性材料的损伤特性一般是用在特定的输入功率密度 下，输出功率能不产生明显变化的连续工作时间来衡量的。Coherent公司的Charles X, Gary Y.Wang， Acle V.Hicks等人在"High power Q-switched TEM00 mode diode-pumped solid state laser with>30W output power at 355nm"(Proc. of SP正Vol.6100， 2006)中提到， 用于三倍频的LBO材料，在输出100kHz、 21W——24W的355nm紫外光时，输出功 率衰减2%的工作时间大约为300——400小时。Novatec Corporation的Ming Lai， Shui Lai， Zhitning Ou在US5825562 "Method of continuous motion for prolong usage of optical elements under the irradiation of intensive laserbeams"中利用机械移动装置，使材料按照特定的方式连续移动，从而增大了激光 对材料的作用面积和体积，减短了局部连续通光的时间，从而降低损伤，延长材料使 用寿命。Coherent公司的Charles X， Gary Y.Wang, Acle V.Hicks等人在"High powerQ-switched TEM00 mode diode-pumped solid state laser with 〉30W output power at 355nrn" ( Proc. of SPIE Vol.6100(2006))中，提及与US5825562种类似的避免材料损 伤的方法使用自动移动材料的装置，切换材料入射面上的通光位置，减短局部连续 通光时间。使用上述的两种方法，需要采用大体积、大面积的材料。然而，材料的成本高，并 且， 一旦材料局部出现严重损伤，整块材料都需要被更换。所以，在实际使用中维护 这种大材料的成本过高。 发明内容为了避免材料的损伤问题，本发明使用机械移动装置将多个材料轮流移动到光路中 工作，以縮短每个材料连续工作的时间，从而避免了严重的材料损伤，同时也保证了 持续、稳定的光输出。本发明提供的利用切换式工作避免损伤材料的方法，是利用两个或多个相同的材料以及一个移动所述材料的机械装置，实现该方法如下 一个材料在光路中工作一定时间后，由 机械装置带动材料发生定向的移动，将工作的材料移出光路，下一个材料进入光路继续工 作，即使用机械移动装置将多个材料轮流移动到光路中工作，以縮短每个材料连续工作的 时间，从而避免了严重的材料损伤，同时也保证了持续、稳定的光输出。所述材料包含一个入射面， 一个出射面，该入射面和出射面镀有对材料中所通的光增 透的膜系。所述材料为非线性光学材料、作为激光增益介质的激光材料，或者易发生光学损伤的 光学元器件。所述非线性光学材料包括KTP、 KDP 、 LBO、 BBO、 CLBO，激光增益介质的激光材 料包括Nd:YAG、 Nd:YV04、 Nd:YLF、 Er:YAG。所述材料有多种排列方式，从而相应地决定了机械装置移动材料的多种方式。 所述机械装置的移动控制为自动控制或人为控制。 所述机械装置的控制材料切换的时间为人工控制或利用反馈系统控制。本发明的有益效果由于本发明采用多个材料轮流工作，取代单个材料长期连续工 作，从而避免了材料损伤，保证连续、稳定的光输出。并且，相对于现有技术，本发 明并不需要采用大体积、大面积的材料，从而进一步降低了材料的成本，在实际使用中维护材料的成本也相应的降低了。
图1为简单的单材料工作情况示意图； 图2为双材料轮流工作的装置示意图； 图3为多材料轮流工作的装置示意图；图4为本发明另一种形式的多材料轮流工作的装置示意图。图1至图4中，l是光路，2是带动材料移动的机械装置，3是材料移动的方向，4、 5、 6、 7、 8是材料，既可以是激光材料，也可以是非线性材料，或玻璃等其他光学元器件， 且其入射、出射表面可镀增透膜。
具体实施方式
为了使本发明的特性和优点更加清晰明了，下面参照附图结合具体实施对本发明作进一 步的详细说明。图1至图4中，l是光路，2是带动材料移动的机械装置，3是材料移动的方向，4、 5、 6、 7、 8是材料，既可以是激光材料，也可以是非线性材料，或玻璃等其他光学元器件， 且其入射、出射表面可镀增透膜。图2中，切换材料时的移动方向和通光方向垂直； 图3中，切换材料时的移动方向和通光方向垂直； 图4中，切换材料时的移动形式为绕轴转动。图1是为简单的单材料工作情况示意图；将材料4放置在光路中，通光的时间可人为控制或者依赖反馈检测系统控制，至等到时 间满，将材料从光路中移出。实施例一如图2所示的两个材料切换工作的设计方式中，材料4和材料5并列放置，并且都固定 在机械装置2上，机械装置2的移动控制可以是自动的，也可以是人为的。当材料4在光路l中工作一段时间后，由机械装置2带动，沿垂直于光路的方向移动适当距离，将材料 5切换到光路中，材料5在光路中工作一段时间后，将材料4切换到光路中，依此进行， 材料4和5轮流工作。切换时间的选取可以由人工控制装置2，也可以利用一个反馈系统， 用以实时监测输出光功率的变化，当发现输出光有明显衰减(2%左右的衰减)时，发送反 馈信号，控制机械装置2移动，以切换进入光路中工作的材料。 实施例二-如图3所示的多个材料切换工作的设计方式下，用以轮流切换的材料数量更多。材料4、 材料5、材料6、材料7、材料8并列放置，并且都固定在机械装置2上。当材料4在光路 1中工作一段时间后，由机械装置2带动，沿垂直于光路的方向移动适当距离，将材料5 切换到光路中，材料5在光路中工作一段时间后，将材料6切换到光路中，依此进行，接 下来轮到材料7、 8依次进入光路中工作。然后又轮到材料工作4了。其切换时间的控制方 式和实施例一一样，可以人工控制，也可以依赖反馈检测系统控制。实施例三如图4所示的设计方式中，机械装置2绕中心轴转动，将固定于其四个面上的四个材 料4、 5、 6、 7依次切换到光路中工作。与实施例一和实施例二的区别在于其切换材料时， 机械装置2不进行水平运动，而是绕其与光路平行的中心轴转动90度，以切换到下一个材 料。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
，本发明在不脱离其精神和本 质特征前提下，可以有多种具体实施方式
，应当理解上述实施例并不限于上述的任何细节， 而应该在所附权利要求所定义的精神和范围内被广泛地解释，因此，所有落在权利要求的 边界和范围内的或者与这些边界和范围等价的变化和修改都试图包含在附加权利要求内。
权利要求
1.利用切换式工作避免损伤材料的方法，其特征在于，利用两个或两个以上相同的材料以及一个移动所述材料的机械装置，实现该方法如下一个材料在光路中工作一定时间后，由机械装置带动材料发生定向移动，将工作的材料移出光路，下一个材料进入光路继续工作，即使用机械移动装置将多个材料轮流移动到光路中工作，以缩短每个材料连续工作的时间，从而避免了严重的材料损伤，同时也保证了持续、稳定的光输出。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料包含一个入射面， 一个出射面， 该入射面和出射面镀有对材料中所通的光增透的膜系。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料为非线性光学材料、作为激光 增益介质的激光材料，或者易发生光学损伤的光学元器件。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述非线性光学材料包括KTP、 KDP 、 LBO、 BBO、 CLBO，作为激光增益介质的激光材料包括Nd:YAG、 Nd:YV04、 Nd:YLF、 Er:YAG。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料有多种排列方式，从而相应地 决定了机械装置移动材料的多种方式。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械装置的移动控制为自动控制或 人为控制。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械装置的控制材料切换的时间为 人工控制或利用反馈系统控制。
全文摘要
本发明涉及激光技术领域的一种利用切换式工作避免损伤材料的方法。该方法的实现是利用多块相同的工作材料，一个固定并带动光学材料按照定向移动的机械结构，以及特定的移动控制方式。本发明中的某个材料在光路中工作一定时间后，由机械装置带动材料发生特定方向的移动，将工作的材料移出光路，下一个材料进入光路继续工作。由于采用多个材料轮流工作，取代单个材料长期连续工作，从而避免了材料损伤，保证连续、稳定的光输出。
文档编号G02F1/35GK101221339SQ20081005674
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者巩马理, 张海涛, 晨 李, 强 柳, 平 闫, 磊 黄, 雪 黄 申请人:清华大学