专利名称：一种透明体精细内雕机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光器，尤其涉及一种加工玻璃等透明体的精细内雕机。
(2)背景技术现有的内雕机存在的主要问题有两个方面其一加工头只有2-4个，效率很低，随着市场的不断扩大，这样的加工效率已远远不能满足相关领域的需要；其二是激光器不够稳定，由于该机通常24小时工作，且工作环境极其恶劣，现有机型均是通过移动光路来达到三维成像的目的。这样就造成长期使用过程中光路因振动而稳定性差，调试难度高。本申请人在1997年6月27日申请的一“加工玻璃表面和玻璃体内的激光雕刻机”(专利号ZL97234928.6)中，采用了一种氟化锂(LiF)晶体或铬(Cr+4)晶体的调Q器件，但这两种晶体调Q在高重复频率(30Hz以上)情况下容易漂白(特性失效)的缺点。由于这两种晶体透过率仅为10％～20％，从而激光器的阈值比较高(即晶体上所承受的能量较高)。1997年所生产的机器重复频率为20Hz左右，其工作特性不会失效。现在市场要求机器快，因此LiF晶体，Cr+4晶体不适应。
(3)发明内容本实用新型的目的在于，提供一种高效率且稳定工作的透明体精细内雕机，采用阵列分光法，使其生产效率大幅提高，产量成倍增长。
本实用新型的另一个目的在于，采用独立的三维移动工作台，工作台与激光器分别安装，以避免其将工作时的振动传递到激光器上，而激光器的独立性使其光路简单，调试方便，工作稳定。
本实用新型的又一目的在于，调Q器件采用磷酸二氘钾(KD*P)，解决了传统器件在高重复频率(30Hz以上)情况下容易漂白(特性失效)的问题，使得激光器输出特点更适应高重复频率工作，并且获得一个比较稳定的脉宽(10ns左右)。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，一种透明体精细内雕机，包括放置工件的工作台、位于所述工作台上方的激光器，通过屏蔽线与激光器电源和平台驱动器相连的一计算机，所述平台驱动器与所述工作台电气连接，其特征在于，还包括m个纵向分光镜，纵向均匀设置在所述激光器输出镜的光路上；阵列分光组件，由m×n个横向分光镜组成阵列结构，均匀排布在所述各纵向分光镜的光路上。
(4)
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是一种透明体精细内雕机的主视结构示意图；图2是本实用新型一较佳实施例中凹凸型虚共焦非稳腔激光器的结构示意图；图3是本实用新型另一较佳实施例中半共心腔型激光器的结构示意图。
(5)具体实施方式
请参见图1，本实用新型的透明体精细内雕机主体结构包括两部分，一部分是由工作台101、102、103组成的三维工作台，工件104放在该三维台上，激光器107布置在三维工作台之上正对工件104的位置，冷却水箱109放置在该三维台一侧，与激光器107相连接。另一部分包括一计算机105、与平台驱动器106相连控制其动作，平台驱动器106与工作台101、102、103电气连接，激光器电源108与激光器107电气连接，为该激光器107提供电能。为节省空间，计算机105的显示屏安放在激光器电源108和平台驱动器106的上方，如图所示。
本实用新型的工作原理大致如下，由计算机105根据设计图案的要求给出三维运动指令，平台驱动器106接受指令输出给电机转动信号，三维工作台的三只电机接受驱动器给出信号进行相应的移动。工件104在工作台101、工作台102、工作台103的带动下进行三维移动。每次定位完成后计算机105发出一个控制信号给激光电源108，激光电源108为激光器107提供能量，激光器107输出一次激光，从而在工件104上形成一个立体图案。
图2给出激光器107一较佳实施例的结构示意图，它包括二大部分其一，主光路。它由YAG晶体1、腔镜2、腔镜3、输出镜4、电光调Q器件5、偏振片6、氙灯7组成一个凹凸型虚共焦非稳腔激光器，激光电源108、冷却水箱109配合其工作。工作原理由激光电源108输出给氙灯7一个放电脉冲，由YAG晶体1、腔镜2、腔镜3及中间带小孔的输出镜4形成振荡，输出一束脉冲激光。同时，激光电源108退掉或加上给磷酸二氘钾(KD*P)为材料的电光调Q器件5一个2KV～5KV的高电压，使磷酸二氘钾(KD*P)为材料的电光调Q器件5和偏振片6以一定的相位将这束激光的脉宽控制在10ns左右。这样的光束特性既可以得到细小的损伤点，又能工作在高重复频率下。冷却水箱109对YAG晶体1和氙灯7组成的激光腔体工作时产生的大量热量进行冷却散热。
其二，阵列分光组件。它包括设置在输出镜4光路上的11、12、13等三个纵向分光镜，在这些分光镜光路上依次设置的扩束镜61、62、63，横向分光镜20、21...29与纵向分光镜20、30、40等组成了一个10×3分光镜阵列。
该激光器107的工作过程如下，激光器输出镜输出的激光通过纵向分光镜11、12、13按一定百分比反射90度后均匀分配给扩束镜61、62、63，由扩束镜放大后输出给10×3阵列组成的横向分光镜20、21...29，30、31...39，40、41...49，这些横向分光镜按一定百分比分配给聚焦镜加工头，使每个加工头都获得一个比较均匀的能量。这种阵列分光既提高了生产效率又使每个分光镜都获得比较均匀能量。同时这种分别扩束的方法又使每组加工头都能得到较高的光束质量。
以上阵列分光方法同时适用于532nm波长的激光。工作原理在纵向分光镜11、12、13与扩束镜61、62、63之间分别插入三组倍频器件51、52、53，在其KTP，BBO，LBO等之后都改用532nm波长的扩束镜、分光镜和聚焦镜，这样即可在激光器107的输出端获得532nm波长的激光，使加工点更细微。这种方法的优点是由于倍频器件是分别插入纵向分光镜11、12、13之后，因此每个倍频器件51、52、53所承受的能量值要比先技术将该器件插入在输出镜4，YAG晶体1之间或YAG晶体1与输出镜4之间小得多。(如果将倍频器件插入输出镜4，YAG晶体1之间或YAG晶体1与输出镜4之间，在输出镜4处也能得到532nm激光，但倍频晶体要承受100％能量；而本实用新型是先分光再倍频，这样倍频器件所承受的能量是原来的100/n。)这样倍频器件的损坏率大大下降，系统更加稳定。
上述实施例中的激光器107还可以采用平凸型非稳腔激光器的结构，工作原理类似。
图3给出另一个较佳实施例，采用半共心腔型激光器的结构，它由YAG晶体1、腔镜2、输出镜3、中间带小孔的45度反射镜4、及磷酸二氘钾(KD*P)为材料的电光调Q器件5、偏振片6和氙灯7组成。阵列分光组件与上一较佳实施例中的结构相同。其工作原理由氙灯7泵浦YAG晶体1能量，经腔镜2与有一定反射量的平面输出镜3振荡由输出镜3透射出脉冲光束，再由带小孔的呈45度的反射镜4反射得到一个环形光斑。这种腔型输出效率低于本人先技术描述的两种腔型，(效率稍低但不影响实际应用)。阵列分光工作原理与上述其二相同。
以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1.一种透明体精细内雕机，包括放置工件的工作台、位于所述工作台上方的激光器，通过屏蔽线与激光器电源和平台驱动器相连的一计算机，所述平台驱动器与所述工作台电气连接，其特征在于，还包括m个纵向分光镜，纵向均匀设置在所述激光器输出镜的光路上；阵列分光组件，由m×n个横向分光镜组成阵列结构，均匀排布在所述各纵向分光镜的光路上。
2.根据权利要求1所述的透明体精细内雕机，其特征在于，还包括m个扩束镜，横向设置在各纵向分光镜之后、m×n个横向分光镜之前的光路上。
3.根据权利要求1或2所述的透明体精细内雕机，其特征在于，还包括m个倍频器件，分别插入各纵向分光镜之后、各扩束镜之前的光路上。
4.根据权利要求3所述的透明体精细内雕机，其特征在于，所述激光器为半共心腔结构。
5.根据权利要求3所述的透明体精细内雕机，其特征在于，所述激光器为凹凸型虚共焦非稳腔激光器。
6.根据权利要求3所述的透明体精细内雕机，其特征在于，所述激光器为平凸型非稳腔激光器。
7.根据权利要求4或5或6所述的透明体精细内雕机，其特征在于，所述工作台为三维工作台，分别与平台驱动器电气连接。
8.根据权利要求7所述的透明体精细内雕机，其特征在于，所述调Q器件为磷酸二氘钾材料。
9.根据权利要求8所述的透明体精细内雕机，其特征在于，所述n、m＞＝1。
专利摘要本实用新型公开了一种透明体精细内雕机，包括放置工件的工作台、位于工作台上方的激光器，通过屏蔽线与激光器电源和平台驱动器相连的一计算机，平台驱动器与工作台电气连接，还包括m个纵向分光镜，纵向均匀设置在激光器输出镜的光路上；阵列分光组件，由m×n个横向分光镜组成阵列结构，均匀排布在各纵向分光镜的光路上。本实用新型提供一种高效率且稳定工作的透明体精细内雕机，采用阵列分光法，使其生产效率大幅提高，产量成倍增长。此外采用独立的三维移动工作台，工作台与激光器分别安装，以避免其将工作时的振动传递到激光器上，而激光器的独立性使其光路简单，调试方便，工作稳定。
文档编号H01S3/00GK2585770SQ02283429
公开日2003年11月12日 申请日期2002年12月20日 优先权日2002年12月20日
发明者陈亭 申请人:陈亭