一种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，包括1064nm波长谐振腔、532nm波长谐振腔、用于产生激光的泵浦模块，用于使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换的棱镜旋转型波长自由切换系统，以及设置于1064nm波长谐振腔和355nm波长谐振腔出口端的棱镜旋转型输出单元。本实用新型可根据需要改变输出波长以满足加工多样性，具有光学耦合简单、结构紧凑、热效应小且比较均匀、倍频效率高、激光器稳定性好等优点。
【专利说明】—种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光器【技术领域】，更具体地说，特别涉及一种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器。
【背景技术】
[0002]激光加工技术作为先进制造技术之一，在传统产业改造、加工技术革新、国防信息化等方面发挥着重要作用，激光被誉为“万能加工工具”、未来制造系统的共同加工手段。例如近年来，广泛应用于薄钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等金属材料的切割、打标、冲孔的1064nm红外激光加工系统；以及最近几年逐渐兴起用于陶瓷片、玻璃、PCB板、太阳能电池片等材料的532nm绿光激光加工系统。
[0003]但是目前大部分激光器要不是单一波长输出，例如，专利“一种532nm绿光激光器(CN201320703515.9) ”等，要么是双波长同时输出，如专利“红绿双波长激光器” (CN02117364.8)等，不能自由切换选择某一波长输出，即使目前有选择波长输出的激光器也是几种波长分几路分别同时输出，相当于几台激光器同时使用，如专利“一种风速仪用三端输出双532nm与808nm波长光纤激光”(CN201320659650.8)等，无法实现一棒多波长输出技术，使得激光器应用起来比较繁琐，不利于工业化现场的应用。
[0004]因此，有必要研究一种1064nm及532自由切换的激光器，可根据需要改变输出波长，满足加工的多样性的需要。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种可根据需要改变输出波长以满足加工多样性的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0007]—种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器,包括1064nm波长谐振腔、532nm波长谐振腔、用于产生激光的泵浦模块，用于使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换的棱镜旋转型波长自由切换系统，以及设置于1064nm波长谐振腔和355nm波长谐振腔出口端的棱镜旋转型输出单元。
[0008]优选地，还包括设置于泵浦模块一侧的全反镜，以及依次设置的谐波镜、第一输出镜，所述全反镜的光轴与谐波镜和第一输出镜构成的光路的光轴平行，所述532nm波长谐振腔为由全反镜、谐波镜和第一输出镜构成的谐振腔。
[0009]优选地，还包括第二输出镜，所述第二输出镜的光轴与全反镜的光轴相互垂直，所述1064nm波长谐振腔为由全反镜和第二输出镜构成的谐振腔。
[0010]优选地，还包括设置于谐波镜和第一输出镜之间的倍频单元，该倍频单元为一倍频晶体。
[0011]优选地，所述棱镜旋转型波长自由切换系统包括设置于泵浦模块另一侧的第一直角棱镜，以及驱动所述第一直角棱镜旋转的旋转动力源，所述旋转动力源用于驱动第一直角棱镜旋转以使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换。
[0012]优选地，所述泵浦模块包括泵浦源和晶体，所述泵浦源和晶体形成侧面抽运模块式结构，且在泵浦模块与全反镜之间还设有Q开关。
[0013]优选地，所述棱镜旋转型输出单元包括第二直角棱镜，该第二直角棱镜还与旋转动力源的动力输出端连接。
[0014]优选地，所述旋转动力源为电机或液压马达。
[0015]优选地,还包括设置于第一直角棱镜与谐波镜之间的第一反射镜，设置于第一输出镜与第二直角棱镜之间的第二反射镜，依次设置于第二输出镜与第二直角棱镜之间的第三反射镜和第四反射镜。
[0016]优选地，所述全反镜为平面镜，其右面镀有1064nm高反膜；所述Q开关的两面均镀有1064nm增透膜；所述谐波镜为平面镜，其右面镀有1064增透膜，左面镀有1064nm高透膜和532nm高反膜；所述倍频晶体的两面均镀有1064nm和532nm增透膜；所述第一输出镜为平面镜，其两面均镀有1064nm高反和532nm高透膜；所述第二输出镜为平面镜，其两面均镀有透过率为30%的1064nm透膜；所述第一直角棱镜和第二直角棱镜的两面均镀有1064nm、532nm高反膜；所述第一反射镜、第三反射镜和第四反射镜的反射面均镀有1064nm高反膜；所述第二反射镜的反射面镀有532nm高反膜。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:本实用新型可根据需要改变输出波长以满足加工多样性，具有光学耦合简单、结构紧凑、热效应小且比较均匀、倍频效率高、激光器稳定性好等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本实用新型所述基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器的示意图。
[0020]图2是本实用新型所述基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器处于1064nm波长谐振腔的不意图。
[0021]图3是本实用新型所述基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器处于532nm波长谐振腔的不意图。
[0022]附图标记说明:1、全反镜，2、Q开关,3、泵浦源,4、晶体,5、第一直角棱镜,6、第一反射镜，7、谐波镜，8、倍频晶体，9、第一输出镜，10、第二反射镜，11、第二直角棱镜，12、第二输出镜，13、第三反射镜，14、第四反射镜，15、旋转动力源。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0024]参阅图1所示，本实用新型提供一种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，包括1064nm波长谐振腔、532nm波长谐振腔、用于产生激光的泵浦模块，用于使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换的棱镜旋转型波长自由切换系统，以及设置于1064nm波长谐振腔和355nm波长谐振腔出口端的棱镜旋转型输出单元。
[0025]具体的，本实用新型的激光器还包括设置于泵浦模块一侧的全反镜1，以及依次设置的谐波镜7、第一输出镜9，所述的全反镜I的光轴与谐波镜7和第一输出镜9构成的光路的光轴平行，所述的532nm波长谐振腔为由全反镜1、谐波镜7和第一输出镜9构成的谐振腔。且激光器还包括第二输出镜12，所述的第二输出镜12的光轴与全反镜I的光轴相互垂直，所述的1064nm波长谐振腔为由全反镜I和第二输出镜12构成的谐振腔。
[0026]具体的，本实用新型的激光器还包括设置于谐波镜7和第一输出镜9之间的倍频单元，该倍频单元为一倍频晶体8。
[0027]具体的，本实用新型中所述的棱镜旋转型波长自由切换系统包括设置于泵浦模块另一侧的第一直角棱镜5，以及驱动所述第一直角棱镜5旋转的旋转动力源15，所述旋转动力源15用于驱动第一直角棱镜5旋转以使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换。
[0028]具体的，本实用新型中所述的泵浦模块包括泵浦源3和晶体4，所述泵浦源3和晶体4形成侧面抽运模块式结构，且在泵浦模块与全反镜I之间还设有Q开关2。
[0029]具体的，本实用新型中所述的棱镜旋转型输出单元包括第二直角棱镜11，该第二直角棱镜11还与旋转动力源15的动力输出端连接。
[0030]作为优选，所述的旋转动力源15为电机或液压马达，本实施例优选为电机。
[0031]具体的，本实用新型的激光器还包括设置于第一直角棱镜5与谐波镜7之间的第一反射镜6,设置于第一输出镜与第二直角棱镜11之间的第二反射镜10,依次设置于第二输出镜12与第二直角棱镜11之间的第三反射镜13和第四反射镜14。
[0032]本实用新型的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器的工作原理在于:由泵浦源3产生的泵浦光对晶体4进行侧面泵浦，晶体4发射的1064nm波长激光经过第一直角棱镜5(反射面向下与光轴成45° )时，被旋转90°传送到垂直原光路向下的方向，激光振荡于由全反射镜I及第二输出镜12构成的1064nm波长谐振腔中(如图2所示)，在Q开关2的调制作用下产生脉冲激光，并由第二输出镜12输出1064nm激光，再经过第三反射镜13和第四反射镜14和第二直角棱镜11 (反射面向下与光轴成45° )输出。当激光器需要输出532nm紫外激光时，通过旋转动力源15 (电机)旋转第一直角棱镜5和第二直角棱镜11，使第一直角棱镜5和第二直角棱镜11反射面向上与光轴成45° ;晶体4发射的1064nm激光经过第一直角棱镜5反射后,激光垂直原光路向上的方向传输。晶体4发射的1064nm波长激光通过第一直角棱镜5、第一反射镜6、谐波镜7、倍频晶体8，经过非线性频率变换后得到532nm绿光，再经过第一输出镜9、第二反射镜10和第二直角棱镜11输出(如图3所不)。
[0033]作为优选，本实施例中所述的全反镜I为平面镜，其右面镀有1064nm高反膜；所述的Q开关2的两面均镀有1064nm增透膜，且Q开关2的超声频率27.12MHz，射频功率50W ；由于泵浦源3和晶体4是采用侧面抽运模块，其最大输出功率58W，整个组件采用三个等间距的抽运激光二极管阵列，安装三角形等间距排列抽运棒状Nd:YAG晶体，激光晶体棒尺寸为Φ4Χ97πιπι，掺杂浓度0.8%，中心波长1064nm，晶体4两面镀1064nm增透膜；所述的谐波镜7为平面镜，其右面镀有1064增透膜，左面镀有1064nm高透膜和532nm高反膜；所述的倍频晶体8的两面均镀有1064nm和532nm增透膜，且倍频晶体8采用II类相位匹配的KTP晶体，KTP尺寸为4x4x10mm，切割角(Θ =90°，Φ = 23.5° );所述的第一输出镜9为平面镜，其两面均镀有1064nm高反和532nm高透膜；所述的第二输出镜12为平面镜，其两面均镀有透过率为30%的1064nm透膜；所述的第一直角棱镜5和第二直角棱镜11的两面均镀有1064nm、532nm高反膜；所述的第一反射镜6、第三反射镜13和第四反射镜14的反射面均镀有1064nm高反膜；所述的第二反射镜10的反射面镀有532nm高反膜。
[0034]本实用新型的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器的优点在于:1、采用侧面泵浦、腔内倍频、直腔的结构方式，具有光学耦合简单、结构紧凑、热效应小且比较均匀、倍频效率高、激光器稳定性好等特点；且泵浦源的个数与激光棒的表面积相对成比例，可以简单的增加激光工作物质的长度和泵浦源数量来提高输出功率，使激光的输出功率高。2、采用的1064nm和532nm两个波长，是目前激光加工应用中最为广泛的波长，能够满足薄钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等金属材料的切割、打标、冲孔；以及陶瓷片、玻璃、PCB板、太阳能电池片等非金属材料的切割、钻孔；集成了此双波长自由切换输出激光器的加工设备，等于过去一台1064nm红外激光加工设备加上一台532nm绿光加工设备的功能，两波长输出同轴，这样加工设备米用的光学系统只需一套，价格将大大降低，同时减少设备占用的生产空间。特别是在1064nm和355nm复合应用领域，加工件一次装卡，无需重新定位就可以完成几道工序，减少了加工工序，减少生产时间，提高工作效率。3、采用电机旋转棱镜作为波长自由选择的切换系统的核心部件，通过电机旋转棱镜的运动，使得激光器在1064nm输出镜和倍频晶体单兀中选择其一,从而使激光振荡于1064nm波长谐振腔或者532nm波长谐振腔中，相应的输出对应波长的激光，实现一棒多波长输出技术，使得激光器应用起来比较方便，有利于工业化现场的应用，满足加工的多样性需要。4、激光器切换通过电机带动旋转棱镜选择波长，不需要为不同波长的激光分光的相关元器件，减少影响功率损耗的环节，提高了输出功率。
[0035]虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器,其特征在于:包括1064nm波长谐振腔、532nm波长谐振腔、用于产生激光的泵浦模块，用于使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换的棱镜旋转型波长自由切换系统，以及设置于1064nm波长谐振腔和355nm波长谐振腔出口端的棱镜旋转型输出单元。
2.根据权利要求1所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:还包括设置于泵浦模块一侧的全反镜(I)，以及依次设置的谐波镜(7)、第一输出镜(9)，所述全反镜(I)的光轴与谐波镜(7)和第一输出镜(9)构成的光路的光轴平行，所述532nm波长谐振腔为由全反镜(I)、谐波镜(7)和第一输出镜(9)构成的谐振腔。
3.根据权利要求2所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:还包括第二输出镜(12),所述第二输出镜(12)的光轴与全反镜(I)的光轴相互垂直，所述1064nm波长谐振腔为由全反镜(I)和第二输出镜(12)构成的谐振腔。
4.根据权利要求3所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:还包括设置于谐波镜(7)和第一输出镜(9)之间的倍频单元，该倍频单元为一倍频晶体⑶。
5.根据权利要求4所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:所述棱镜旋转型波长自由切换系统包括设置于泵浦模块另一侧的第一直角棱镜(5)，以及驱动所述第一直角棱镜(5)旋转的旋转动力源(15)，所述旋转动力源(15)用于驱动第一直角棱镜(5)旋转以使泵浦模块输出的激光于1064nm波长谐振腔和532nm波长谐振腔之间切换。
6.根据权利要求5所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:所述泵浦模块包括泵浦源(3)和晶体(4)，所述泵浦源(3)和晶体(4)形成侧面抽运模块式结构，且在泵浦模块与全反镜(I)之间还设有Q开关(2)。
7.根据权利要求6所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:所述棱镜旋转型输出单元包括第二直角棱镜(11)，该第二直角棱镜(11)还与旋转动力源(15)的动力输出端连接。
8.根据权利要求7所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:所述旋转动力源(15)为电机或液压马达。
9.根据权利要求7所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:还包括设置于第一直角棱镜(5)与谐波镜(7)之间的第一反射镜(6)，设置于第一输出镜与第二直角棱镜(11)之间的第二反射镜(10),依次设置于第二输出镜(12)与第二直角棱镜(11)之间的第三反射镜(13)和第四反射镜(14)。
10.根据权利要求9所述的基于棱镜旋转的1064nm与532nm波长自由切换输出激光器，其特征在于:所述全反镜(I)为平面镜，其右面镀有1064nm高反膜；所述Q开关(2)的两面均镀有1064nm增透膜；所述谐波镜(7)为平面镜，其右面镀有1064增透膜，左面镀有1064nm高透膜和532nm高反膜；所述倍频晶体(8)的两面均镀有1064nm和532nm增透膜；所述第一输出镜(9)为平面镜，其两面均镀有1064nm高反和532nm高透膜；所述第二输出镜(12)为平面镜，其两面均镀有透过率为30%的1064nm透膜；所述第一直角棱镜(5)和第二直角棱镜(11)的两面均镀有1064nm、532nm高反膜；所述第一反射镜(6)、第三反射镜(13)和第四反射镜(14)的反射面均镀有1064nm高反膜；所述第二反射镜(10)的反射面 镀有532nm高反膜。
【文档编号】H01S3/10GK204118462SQ201420569885
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】陈义红, 何铁锋, 陈聪, 李贵林 申请人:广州安特激光技术有限公司