专利名称：一种绿光激光笔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种绿光激光笔，具体涉及一种基于808. 5nm激光二极管端面泵浦Nd = YVO4晶体片并经KTP晶体倍频产生绿光的激光笔。
背景技术：
激光以其方向性好、单色性好、亮度高和能量密度集中等突出特点，在很多领域获得了广泛的应用，激光笔就是利用激光的方向性好、单色性好和亮度高的特点而制作的一种在教学中替代教鞭的工具，因此也被称为激光教鞭。激光笔的出现使教师在课堂上使用多媒体辅助教学活动时更加方便灵活方便，彻底解决了以往多媒体辅助教学过程中使用鼠标指示的不方便，能让教师最大限度的发挥肢体语言的优势，使教学过程更生动完美。最初的激光笔主要采用波长为632. Snm的小型氦氖激光器为光源，由于这种激光笔的功率小，指示效果不明显，容易损坏等问题，很快被以红光激光二极管为光源的激光笔所替代；随着半导体激光技术的发展，先后出现了以深红色激光二极管为光源的激光笔到以红橙色激光二极管为光源的激光笔，波长覆盖达650nm-670nm。近年来，以波长为532nm的绿光激光笔、以波长为593. 5nm的黄橙色激光笔、以波长为473nm的蓝光激光笔和以波长为405nm的紫光激光笔陆续出现，极大的丰富了激光笔颜色的选择范围。从光度学的角度来说，激光笔照射出来光点的表观亮度除了取决于激光的功率和显示屏的表面反射率之外，更重要的是取决于人眼的视觉感应。1924年，国际照明委员会根据几组科学家对200多名观察者在400-750nm的光谱范围内测量得到的视觉函数，发现在明视觉条件下，人眼对555nm的绿光最为敏感；1951年，国际照明委员会又公布了暗视觉的视觉函数，在暗环境下，人眼对507nm的绿光最为敏感，这就是说，在激光功率相同的情况下，对人眼而言，绿光会显得比其它颜色的光更亮。因此，从人眼的视觉效果来说，绿光激光笔的指示效果更好、更实用。
发明内容从人眼对绿光最为敏感的视觉效应出发，本实用新型提供一种绿光激光笔，该激光笔可作为小型全固化固体激光器使用，适用于全息照相、微光检查，激光演示，激光干涉及物理实验用绿光激光光源。本实用新型的技术方案—种绿光激光笔,它包括套筒、前盖和后盖，套筒内设有电池挡板，前、后盖组装在套筒的两端，前盖与电池挡板间腔体为前腔，后盖与电池挡板间的腔体为后腔，前腔设有开关孔，后腔为电池盒，其特征在于所述前腔内设置光路元件和电路板。光路元件包括渐变折射率透镜、KTP晶体片、NdiYVO4晶体片、短焦距透镜和808. 5nm红外激光二极管；所述前盖中心设有出光孔，前盖后部设有与该出光孔连通的容纳腔，渐变折射率透镜置于其中；前腔内设有前、后两个固定环，IU固定环为晶体片固环，其两侧固装KTP晶体片和NchYVO4晶体片，后固定环为激光_■极管与透镜固定环，其两侧固装有短焦距透镜和808. 5nm红外激光二极管。808. 5nm红外激光二极管、短焦距透镜、NchYVO4晶体片、KTP晶体片和渐变折射率透镜同光轴固定设置。所述前、后固定环为截面呈扇形、中间设有通孔的铝块，前、后固定环的两端均设有定位台阶，分别用于定位KTP晶体片、Nd = YVO4晶体片、短焦距透镜和808. 5nm红外激光二极管的的位置。所述前腔内还设有电路板，后腔内安装电池组，控制开关置于前腔控制开关孔位置，由控制开关、808. 5nm红外激光二极管、电路板和电池组连接形成发光电路。N d : Y V 0 4晶体 片掺 杂N d 3 +浓度3 %， 沿 轴向切害I]，大小为3mmX 3 mmXlmm,其中一个3mmX 3mm表面锻有对1064nm红外光、532nm
绿光的高反膜和对808. 5nm红外光的增透膜；KTP晶体片的大小为2mmX2 mmX5mm，其中一个2mmX2mm的表面镀有对1064nm、808. 5nm红外光的高反膜和对532nm绿光的增透膜；固 定时，将Nd = YVO4晶体片和KTP晶体片的两个镀膜朝外，使两个镀膜面将Nd = YVO4晶体片和KTP晶体片夹于其间，使两个经过镀膜处理的反射面组成一个光学谐振腔，处于光学谐振腔内的Nd = YVO4晶体片作为1064nm红外光的增益介质，KTP晶体片用作1064nm红外光的腔内倍频晶体；渐变折射率透镜固定在激光笔前盖内；激光笔电源用两节普通七号电池。用铝合金材质制作一个空心圆柱体作为激光笔套筒，其内径大小比七号电池的外径稍大，可让七号电池自由装入。根据两节七号电池的长度，在激光笔套筒内设置一个电池挡板，在盖上激光笔后盖之后，电池挡板到激光笔后盖之间的距离正好可以串联放置两节七号电池。根据激光笔套筒的内径尺寸，制作一个圆弧形晶体片固定环，晶体片固定环的圆弧半径与激光笔套筒的内径相当，在晶体片固定环的两侧，各设置一个方形定位孔，用于固定Nd = YVO4晶体片和KTP晶体片，孔的大小和深度与Nd = YVO4晶体片和KTP晶体片的大小和厚度匹配，将Nd:YVO4晶体片和KTP晶体片分别固定在晶体片固定环两侧的方形定位孔中。根据激光笔套筒的内径尺寸，制作一个圆弧形激光二极管与透镜固定环，激光二极管与透镜固定环的圆弧半径与激光笔套筒的内径相当，在激光二极管固定环的一侧，设置一个方形定位孔，孔的大小和深度与808. 5nm红外激光二极管的大小和厚度匹配,在激光二极管固定架的另一侧，设置一个圆形孔，孔的大小和深度与所选用的短焦距透镜匹配；将808. 5nm红外激光二极管和短焦距透镜分别固定在激光二极管与透镜固定环的两侧。将一个渐变折射率透镜固定在激光笔前盖内，并将内置渐变折射率透镜的激光笔前盖固定在激光笔套筒的前端，组成激光笔。组装后，在激光笔套筒内，从电池挡板到激光笔前盖出光孔，光学元件的排列顺序依次为808. 5nm红外光激光二极管、短焦距透镜、NdiYVO4晶体片的镀膜面、NdiYVO4晶体片、KTP晶体片、KTP晶体片的镀膜面和渐变折射率透镜。在激光二极管固定环和晶体片固定环相对于激光笔主体外壳内部的切除空间，固定激光笔电路板。本实用新型所述激光笔的工作原理是由KTP晶体和Nd = YVO4晶体的镀膜面组成一个光学谐振腔，两块晶体都将置于该光学谐振腔内；以两节七号电池做电源，给808. 5nm激光二极管供电，使808. 5nm红外激光二极管发出808. 5nm的红外激光，808. 5nm的红外激光经短焦距透镜聚焦后，焦点位于Nd: YVO4晶体片中，起到端面泵浦Nd: YVO4晶体的作用，使NdiYVO4晶体发生受激辐射过程，产生1064nm的红外光，1064nm的红外光在由Nd = YVO4晶体的镀膜面和KTP晶体片的镀膜面所组成的光学谐振腔内振荡放大，形成1064nm的红外激光，1064nm的红外激光经过KTP晶体片后，被倍频为532nm的绿光激光，532nm的绿光激光经内置于激光笔前盖内的渐变折射率透镜聚焦后以532nm的平行绿光激光束射出。本实用新型的有益效果I、根据人眼在亮、暗两种环境下，都对绿光敏感的视觉原理，设计一种出光颜色是 绿光的激光笔，从人眼的视觉效果角度来说，指示效果更好。2、本实用新型设计的绿光激光笔结构结构稳固，出光稳定，经济实用。3、该激光笔可作为小型全固化固体激光器使用，适用于全息照相、微光检查，激光演示，激光干涉及物理实验用绿光激光光源。
图I为本实用新型所述激光笔的外观结构示意图。图2为本实用新型所述激光笔各元器件装配后的剖面示意图。图3为图2中激光笔剖面的局部放大图。图4 (4-1和4-2)为图2和图3中晶体片固定环的结构示意图。图5 (5-1和5-2)为图2和图3中激光二极管与透镜固定环的结构示意图。图6 (6-1和6-2)为图2和图3中激光笔前盖的结构示意图。图中，I-激光笔套筒，2-激光笔后盖，3-激光笔前盖，4-激光出光孔，5-激光笔控制开关孔，6-渐变折射率透镜，7-KTP晶体片，8-晶体片固定环，9- NdiYVO4晶体片，10-短焦距透镜，11-激光二极管与透镜固定环，12-808. 5nm红外激光二极管，13-电路板，14-电池挡板，15-七号电池，16- NdiYVO4晶体片固定台阶，17-KTP晶体片固定台阶，18-短焦距透镜固定台阶，19-激光二极管固定台阶，20-渐变折射率透镜定位台阶，21-KTP晶体片镀膜面，22- Nd = YVO4晶体片镀膜面。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型所述激光笔进行详细说明。结合图1，本实用新型所述激光笔是由激光笔套筒I、激光笔后盖2和激光笔前盖3组成的外形呈圆柱形的装置；在激光笔套筒I上设有激光笔控制开关孔5，在激光笔套筒I内设有电池挡板14，在激光笔前盖3的轴心设有激光出光孔4 ;激光笔套筒I与激光笔后盖2之间和激光笔前盖3之间用设置在其上的螺丝结合。结合图2和图3，该激光笔由激光笔套筒I、激光笔前盖3、光学系统、光学元件固定系统、电池挡板14、前盖3、后盖2和开关电路系统组成，其中电池挡板14将激光笔套筒I内部分为前腔和后腔，激光笔前盖3与电池挡板14间腔体为前腔，激光笔后盖2与电池挡板14间的腔体为后腔，前腔用于固定光学元件固定架、光学元件和电路板13，后腔是电池盒，用于安装电池15。结合图2和图3，光学系统由渐变折射率透镜6、KTP晶体片7、Nd:YV04晶体片9、短焦距透镜10和808. 5nm红外激光二极管12同光轴组成；其中KTP晶体片7大小为2mmX2mmX 5mm, Nd: YVO4晶体片9惨杂Nd3+浓度3%,沿s_轴向切害I]，大小为3mmX 3 mmX Imm ；KTP晶体片7和Nd = YVO4晶体片9固定在晶体片固足架8的两侧，使KTP晶体片7的镀膜面21和Nd = YVO4晶体片9的镀膜面22将KTP晶体片7和Nd = YVO4晶体片9夹于其间，固定时，使KTP晶体片7和Nd = YVO4晶体片9尽可能靠近；短焦距透镜10和808. 5nm红外半导体激光二极管12固定在激光二极管与透镜固定环11的两侧，固定时，使短焦距透镜11尽可能靠近808. 5nm红外激光二极管12 ;渐变折射率透镜6置于激光笔前盖4的内台阶中。光学元件固定系统包括激光笔前盖3、晶体片固定架8和激光二极管与透镜固定环11，要求晶体片固定环8和激光二极管与透镜固定环11之间不留空隙，且两个固定环切除圆弧所形成的平面共面。开关电路系统包括控制开关5、808. 5nm红外激光二极管12、电路板13和两节七号电池15，其中小型电路板13固定在晶体片固定环8和激光二极管与透镜固定环11的下方，即两个固定环切除圆弧所形成的平面上，两节七号电池15串联置于电池盒内，控制开关置于控制开关孔5的位置。结合图2和图3，该激光笔的工作原理是KTP晶体片7的镀膜面21和Nd = YVO4晶体片9的镀膜面22组成一个光学谐振腔，Nd = YVO4晶体片9作为激光工作介质、KTP晶体片 7作为倍频晶体都位于该光学谐振腔内，从808. 5nm红外激光二极管12中发出的红外激光经短焦距透镜10聚焦后，焦点正好位于NchYVO4晶体片9中，起到对NchYVO4晶体片9的端面泵浦作用，在808. 5nm红外激光的泵浦作用下，NdiYVO4晶体片9发生受激辐射作用，产生1064nm的红外光，1064nm的红外光在光学谐振腔和Nd = YVO4晶体片9的共同作用下，振荡放大，形成1064nm的红外激光，当1064nm的红外光在光学谐振腔内增益放大时,处于光学谐振腔内的KTP晶体片7会对其产生倍频作用，从而将1064nm的红外激光倍频为532nm的绿光激光输出，透过光学谐振腔的绿光最后经过渐变折射率透镜6，变为发散角很小的光束射出，在屏幕上显示波长为532nm的绿光光点。结合图4-1和4-2，晶体片固定环8是一个圆弧形铝块，铝块的两个底面抛光并使其尽可能平行，圆弧半径与激光笔套筒I的内径配套，在圆弧形铝块两个底面的几何中心各设置一个方形台阶，一侧用作Nd = YVO4晶体片固定台阶16，另一侧用作KTP晶体片固定台阶17，两块晶体片分别与固定台阶形状相适配，两块晶体片固定到晶体片固定环上后，要求两个晶体片的镀膜面朝外，并尽可能平行。结合图5-1和5-2，激光二极管与透镜固定环11也是一个圆弧形铝块，铝块的两个底面抛光并尽可能平行，圆弧的半径与激光笔套筒I的内径配套，在圆弧形铝块一个底面的几何中心设置一个圆形台阶，用作短焦距透镜的固定台阶18，在圆弧形铝块另一个底面的几何中心设置一个方形台阶，用作激光二极管的固定台阶19。结合图6-1和6-2，激光笔前盖3是一个空心T形结构，沿圆柱的轴心设有激光出光孔4和渐变折射率透镜定位台阶20。
权利要求1.ー种绿光激光笔，包括套筒、前盖和后盖，套筒内中设有电池挡板，前、后盖组装在套筒的两端，前盖与电池挡板间腔体为前腔，后盖与电池挡板间腔体为后腔，前腔设有开关孔，后腔为电池盒，其特征在于所述前腔内设置光路元件，该光路元件包括渐变折射率透镜、KTP晶体片、Nd = YVO4晶体片、短焦距透镜和808. 5nm红外激光二极管；所述前盖中心设有出光孔，前盖后部设有与该出光孔连通的容纳腔，渐变折射率透镜置于其中；前腔内设有前、后两个固定环，前固定环两侧固装有KTP晶体片和YVO4晶体片，后固定环两侧固装有短焦距透镜和808. 5nm红外激光二极管。
2.根据权利要求I所述的绿光激光笔，其特征在于Nd:YV04晶体片的一面镀有对1064nm红外光、532nm绿光的高反膜和对808. 5nm红外光的增透膜；KTP晶体片的一面镀有对1064nm、808. 5nm红外光的高反膜和对532nm绿光的增透膜；Nd:YV04晶体片和KTP晶体片的两个镀膜面将两块晶体片夹于其间。
3.根据权利要求I或2所述的绿光激光笔，其特征在于808.5nm红外激光二极管、短焦距透镜、NchYVO4晶体片、KTP晶体片和渐变折射率透镜同光轴固定设置。
4.根据权利要求3所述的绿光激光笔，其特征在于所述前、后固定环为截面呈扇形、中间有通孔的铝块，前、后固定环的两端均设有定位台阶。
5.根据权利要求4所述的绿光激光笔，其特征在于所述前腔内还可设置电路板，后腔安装电池组，控制开关置于控制开关孔位置，由控制开关、808. 5nm红外激光二极管、电路板和电池组组成发光电路。
6.根据权利要求5所述的绿光激光笔，其特征在于激光笔采用两节普通七号电池做电源。
专利摘要本实用新型公开了一种绿光激光笔，包括套筒、前盖和后盖，套筒内设有电池挡板，前、后盖组装在套筒的两端，前盖与电池挡板间腔体为前腔，后盖与电池挡板间腔体为后腔，前腔设有开关孔，后腔为电池盒，所述前腔内设置光路元件，该光路元件包括渐变折射率透镜、一面镀膜的KTP晶体片、一面镀膜的Nd:YVO4晶体片、短焦距透镜和808.5nm红外激光二极管。本实用新型所述绿光激光笔，具有结构紧凑，输出稳定的特点，可长时间连续工作，可作为小型全固化固体激光器使用，适用于全息照相、微光检测，激光演示，激光干涉及物理实验用绿光激光光源。
文档编号H01S3/16GK202586073SQ201220136680
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者裴世鑫, 崔芬萍, 赵立龙 申请人:南京信息工程大学