专利名称：透明材料激光内部雕刻设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种透明材料激光内部雕刻设备。
背景技术：
普通玻璃和其他透明材料的内部雕刻设备已经成为激光内部雕刻的一个新兴的发展方向。目前，激光内部雕刻设备主要用于水晶石英玻璃，这种激光内部雕刻设备的缺点是主要采用闪光灯泵浦的脉冲激光器，光束质量较差，聚焦后爆炸点大，雕刻图像不精细；采用电光调Q，激光脉冲重复频率低(只有百赫兹左右)，速度慢，不适合进行大幅面普通玻璃和其他透明材料的内部雕刻；由于采用闪光灯泵浦，激光器泵浦源的寿命较短，给设备的维护和使用带来麻烦。因此，目前的激光内雕产品仅限于数量有限的、小型工艺品范围，限制了激光透明材料内部雕刻的使用领域扩展延伸。
发明内容
本发明的目的在于克服上述激光内部雕刻设备的不足之处，提供一种透明材料激光内部雕刻设备。该设备采用高重复频率1～10千赫兹、半导体泵浦全固化激光器作为激光透明材料的光源，全面提升了激光内雕设备的性能指标。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种透明材料激光内部雕刻设备，包括激光器、扩束镜、第一光束偏转镜、第二光束偏转镜、聚焦镜和计算机；激光器包括全反镜、声光调Q器件及其电源、半导体泵浦模块、倍频晶体、输出镜，全反镜镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源调节声光调Q器件的驱动频率在1～10千赫兹，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出；扩束镜将激光器输出的激光束直径扩大，发散角压缩，使激光束通过聚焦镜聚焦后的光斑直径缩小，得到小的聚焦光斑；第一光束偏转镜安装在xy工作台的x轴上，将经过扩束镜后的平行于x轴的激光束偏转成平行于y轴的激光束；第二光束偏转镜安装在xy工作台的y轴上，将上述平行于y轴的激光束偏转成平行于z轴的激光束；聚焦镜将上述平行于z轴的激光束聚焦到透明材料中；计算机控制xy工作台，实现第一光束偏转镜在X方向上的运动，第二光束偏转镜和聚焦镜在X、Y方向上的运动。
本发明的优点在于(1)采用连续半导体泵浦的方式，效率高、寿命长，设备维护方便。
(2)采用声光调Q方式，输出激光脉冲的频率可达到1～10千赫兹，雕刻速度快，可大于12米/分钟，适合进行大幅面透明材料内部雕刻。
(3)采用同时镀有基频光透过率4％～10％和倍频光全透射膜层的输出镜，在确定泵浦功率时，能得到最大转换效率的倍频激光输出。
(4)激光输出模式好，光功率稳定。
(5)与现有内雕设备相比，雕刻速度提高了10倍以上，因此，能利用大幅面XY工作台，高速地对大面积普通玻璃、水晶石英和其他透明类材料进行内部雕刻。
图1是本发明一种实施例的结构示意图。
图2是图1中的激光器一种实施例的结构示意图。
图3是图1中的激光器另一种实施例的结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，一种透明材料激光内部雕刻设备，包括激光器1、扩束镜2、第一光束偏转镜3、第二光束偏转镜4、聚焦镜5和计算机6。
激光器1产生1～10千赫兹、光束质量好的调Q倍频激光脉冲；扩束镜2将激光器1输出的激光束直径扩大，发散角压缩，使激光束通过聚焦镜5聚焦后的光斑直径缩小，得到小的聚焦光斑；第一光束偏转镜3安装在XY工作台7的x轴上，反射镜面平行于z轴，垂直于xy平面，与x轴和y轴的夹角均为45度，将经过扩束镜2后的平行于x轴的激光束偏转成平行于y轴的激光束；第二光束偏转镜4安装在XY工作台7的y轴上，反射镜面平行于x轴，垂直于yz平面，与y轴和z轴的夹角均为45度，将经过第一光束偏转镜3后的平行于y轴的激光束偏转成平行于z轴的激光束；聚焦镜5的光轴平行于z轴，并与一维电控位移台8一起安装在XY工作台7的y轴上，聚焦镜5通过XY和Z三个方向上的运动，将平行于z轴的激光束聚焦到激光工作台上的透明材料中；计算机6控制xy工作台7，实现第一光束偏转镜3在X方向上的运动、第二光束偏转镜4和聚焦镜5在X、Y方向上的运动，控制一维电控位移台8，实现聚焦镜5或透明材料在Z方向上的运动，进行透明材料激光内部的三维雕刻。
由图2所示，激光器1可包括全反镜9、声光调Q器件10及其电源14、半导体泵浦模块11、倍频晶体12、输出镜13。全反镜9镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层。输出镜13同时镀有对基频光透过率范围为4％～10％和对倍频光全透的膜层。倍频晶体12可为KTP、BBO等晶体。半导体泵浦模块11包含半导体泵浦源和激光晶体，它和全反镜9、输出镜13构成基本的激光谐振腔，激光在全反镜9、声光调Q器件10、半导体泵浦模块11、倍频晶体12和输出镜13之间振荡输出，产生倍频光。电源14调节声光调Q器件10的驱动频率在1～10千赫兹，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出。
本发明的激光谐振腔不使用镀有基频光全反射和倍频光全透射膜的输出镜，而是根据连续激光器在某一泵浦功率条件下，输出镜具有最佳透过率的原理，将谐振腔中非线性晶体的倍频效率等同为输出镜透过率的一部分，设计出在有源谐振腔增益系数与损耗最佳匹配工作点时的输出镜基频光的透过率，以保证连续激光器运行在最大光—光转换效率范围。此时，倍频光的功率也达到最大值。
计算机6根据雕刻图形而产生的触发信号，控制声光调Q器件电源14的打开和关闭，从而控制声光调Q器件10的工作状态，可以使谐振腔处于高损耗或低损耗的状态，因此，可以控制谐振腔有无激光输出。
由图3所示，激光器1可包括全反镜9、半导体泵浦模块11、声光调Q器件10及其电源14、倍频晶体12、输出镜13，全反镜9镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜13同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源14调节声光调Q器件10的驱动频率，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出。
权利要求
1.一种透明材料激光内部雕刻设备，其特征在于包括激光器(1)、扩束镜(2)、第一光束偏转镜(3)、第二光束偏转镜(4)、聚焦镜(5)和计算机(6)；激光器(1)包括全反镜(9)、声光调Q器件(10)及其电源(14)、半导体泵浦模块(11)、倍频晶体(12)、输出镜(13)，全反镜(9)镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜(13)同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源(14)调节声光调Q器件(10)的驱动频率，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出；扩束镜(2)将激光器(1)输出的激光束直径扩大，发散角压缩，使激光束通过聚焦镜(5)聚焦后的光斑直径缩小，得到小的聚焦光斑；第一光束偏转镜(3)安装在xy工作台(7)的x轴上，将经过扩束镜(2)后的平行于x轴的激光束偏转成平行于y轴的激光束；第二光束偏转镜(4)安装在xy工作台(7)的y轴上，将上述平行于y轴的激光束偏转成平行于z轴的激光束；聚焦镜(5)将上述平行于z轴的激光束聚焦到透明材料中；计算机(6)控制xy工作台(7)，实现第一光束偏转镜(3)在X方向上的运动，第二光束偏转镜(4)和聚焦镜(5)在X、Y方向上的运动。
2.根据权利要求1所述的透明材料激光内部雕刻设备，其特征在于计算机(6)控制一维电控位移台(8)，实现聚焦透镜(5)或透明材料在Z方向上的运动。
3.根据权利要求1或2所述的透明材料激光内部雕刻设备，其特征在于所述激光器(1)包括全反镜(9)、半导体泵浦模块(11)、声光调Q器件(10)及其电源(14)、倍频晶体(12)和输出镜(13)，全反镜(9)镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜(13)同时镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，电源(14)调节声光调Q器件(10)的驱动频率，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出。
全文摘要
本发明提供了一种透明材料激光内部雕刻设备，包括激光器、扩束镜、两个光束偏转镜、聚焦镜和计算机。激光器包括全反镜、声光调Q器件、半导体泵浦模块、倍频晶体、输出镜，全反镜镀有基频光全反膜层，或者同时镀有基频光和倍频光双全反膜层，输出镜镀有对基频光透过率为4％～10％和对倍频光全透的膜层，声光调Q器件电源调节声光调Q器件的驱动频率，产生1～10千赫兹调Q倍频激光脉冲输出，计算机控制xy工作台，实现第一光束偏转镜、第二光束偏转镜和聚焦镜在X、Y方向上的运动，控制一维电控位移台，实现聚焦镜或透明材料在Z方向上的运动。本发明激光输出模式好，光功率稳定、效率高；雕刻速度快，适合进行大幅面透明材料的雕刻。
文档编号H01S5/00GK1593942SQ20041001341
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月4日 优先权日2004年7月4日
发明者朱晓, 朱长虹, 齐丽君, 朱广志 申请人:华中科技大学