一种基于机械-电光复合偏转的激光振镜及其偏转方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率脉冲激光器加工技术领域，具体而言，涉及一种基于机械-电光复合偏转的激光振镜及其偏转方法。
【背景技术】
[0002]高功率脉冲激光用于打标、切割、钻孔等工业加工时，激光脉冲通过振镜系统在加工工件上进行扫描，从而完成不同设计类型的加工。振镜的扫描速度决定了可采用激光器的重复频率和工件加工的速度。目前已有振镜系统一般采用机械偏转的方式，机械偏转器响应时间长，扫描速度低，限制了工件的激光加工速度，致使加工效率低下。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于机械-电光复合偏转的激光振镜及其偏转方法，本发明将机械偏转器偏转角度大和电光偏转器响应速度快的优点相结合，两者协同大大提尚了激光振镜的扫描速度，提尚激光加工效率。
[0004]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0005]—种基于机械-电光复合偏转的激光振镜，包括:机械偏转器、电光偏转器、2个驱动电路、激光器和同步机，所述激光器、机械偏转器和电光偏转器按照激光的传输路径依次排列，其中1个所述驱动电路与所述机械偏转器连接，另1个所述驱动电路与所述电光偏转器连接，所述激光器和2个所述驱动电路分别与同步机连接。
[0006]进一步，所述电光偏转器为数字编码电光偏转器、棱镜电光偏转器、渐变折射率电光偏转器、四电极电光偏转器、畴反转电光偏转器或声光偏转器。
[0007]进一步，所述棱镜电光偏转器包括电光晶体棱镜。
[0008]进一步，所述渐变折射率电光偏转器包括具有克尔效应和空间电荷效应的电光晶体。
[0009]进一步，所述数字编码偏转器包括电光晶体和偏振分光器。
[0010]进一步，所述四电极电光偏转器包括电光晶体和4个电极板。
[0011 ] 进一步，所述畴反转电光偏转器包括具有畴结构的电光晶体。
[0012]进一步，所述机械偏转器为反射式激光偏转器或位移式激光偏转器。
[0013]—种利用上述的基于机械-电光复合偏转的激光振镜进行激光偏转的方法，包括以下步骤:
[0014](1)激光器输出的入射激光入射到机械偏转器上，同步机控制驱动电路对机械偏转器施加电压，入射激光经过机械偏转器后，得到初偏转激光；
[0015](2)初偏转激光入射到电光偏转器上，同步机控制驱动电路对电光偏转器施加电信号，初偏转激光经过电光偏转器后，得到再偏转激光。
[0016]进一步，对所述再偏转激光进行偏转量调整时，先通过电光偏转器进行，若电光偏转器不能实现，再通过机械偏转器进行。
[0017]本发明的有益效果如下:
[0018]1、本发明将机械偏转器与电光偏转器相结合，充分利用了机械偏转器偏转角度大和电光偏转器响应时间短的优点，两者相互弥补缺点，优点协同，机械偏转器实现较大范围的粗扫描，电光偏转器实现小范围的精细扫描，明显提高激光振镜的加工效率；
[0019]2、本发明利用同步机控制施加在机械偏转器和电光偏转器上的电压和电信号的时刻，同时控制脉冲激光的输出时刻，控制脉冲激光经过机械偏转器和电光偏转器后偏转量;
[0020]3、激光经过两次偏转，偏转量增大，增大了激光的加工范围，减少了激光振镜和工件位置的调整次数，提高加工效率。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的激光振镜整体结构示意图；
[0022]图2为本发明的数字编码电光偏转器偏转示意图；
[0023]图3为本发明的棱镜电光偏转器偏转不意图；
[0024]图4为本发明的渐变折射率电光偏转器偏转示意图；
[0025]图5为本发明的四电极电光偏转器结构示意图；
[0026]图6为本发明的畴反转电光偏转器结构不意图。
[0027]图中:1 一机械偏转器，2 —电光偏转器，21—电光晶体，22—双折射晶体，23 —电光晶体棱镜，24—电光晶体，25—电光晶体，26—电光晶体，261—畴结构，262—畴壁，263—自发极化方向，31 一驱动电路，32一驱动电路，33一电极板，34一电极板，35一电场方向，36一电极板，37—电极板，38—电场方向，4一激光器，40—入射激光，41 一初折射激光，42—再折射激光，5—同步机。
【具体实施方式】
[0028]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0029]实施例一:
[0030]如图1所不，一种基于机械-电光复合偏转的激光振镜，包括:机械偏转器1、电光偏转器2、驱动电路31、驱动电路32、激光器4和同步机5，所述激光器4、机械偏转器1和电光偏转器2按照激光的传输路径依次排列，驱动电路31与所述机械偏转器1连接，驱动电路32与所述电光偏转器2连接，所述激光器4、驱动电路31和驱动电路32分别与同步机5连接。
[0031]机械偏转器1可以实现激光大角度的偏转，但是响应时间长；电光偏转器2可以实现激光小角度的偏转，响应时间非常短，可达纳秒量级；本发明将机械偏转器1与电光偏转器2相结合，充分利用了机械偏转器1偏转角度大和电光偏转器2响应时间短的优点，两者相互弥补缺点，优点协同，第一种使用方法是机械偏转和电光偏转依次进行:首先改变机械偏转器1的驱动参数，保持电光偏转器2的驱动参数不变，进行较大范围的粗扫描，然后将机械偏转器1的驱动参数保持不变，改变电光偏转器2的驱动参数，实现小范围的精细扫描，当需要再折射激光42的偏转量较大，仅通过电光偏转器2不能实现时，再调整施加在机械偏转器1上的电压，大角度的调整再折射激光42的偏转量。第二种使用方法是机械偏转和电光偏转同时进行:入射激光40经过机械偏转器1和电光偏转器2时，机械偏转器1和电光偏转器2的驱动参数均改变，实现全部扫描范围的扫描。本发明能够实现高速扫描，明显提高激光振镜的加工效率，并提高加工精度。本发明利用同步机5控制施加在机械偏转器1和电光偏转器2上的电压和电信号的时刻，同时控制脉冲激光的输出时刻，控制脉冲激光经过机械偏转器1和电光偏转器2后的偏转量。
[0032]电光偏转器2为数字编码电光偏转器、棱镜电光偏转器、渐变折射率电光偏转器、四电极电光偏转器、畴反转电光偏转器或声光偏转器。机械偏转器1为反射式激光偏转器或位移式激光偏转器。
[0033]—种利用上述的基于机械-电光复合偏转的激光振镜进行激光偏转的方法，包括以下步骤:
[0034](1)激光器4输出的入射激光40入射到机械偏转器1上，同步机5控制驱动电路31对机械偏转器1施加电压的时刻，入射激光40经过机械偏转器1后，得到初偏转激光41，通过控制施加在机械偏转器1上的电压值，可以实现入射激光40较大角度的偏转；
[0035](2)初偏转激光41入射到电光偏转器2上，同步机5控制驱动电路32对电光偏转器2施加电信号的时刻，初偏转激光41经过电光偏转器2后，得到再偏转激光42，通过控制施加在电光偏转器2上的电信号，可以实现初偏转激光41平面内较小角度的偏转。入射激光40经过两次偏转，偏转量增大，增大了激光的加工范围，减少了激光振镜和工件位置的调整次数，提高加工效率。
[0036]实施例二:
[0037]与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是:
[0038]如图2所不，电光偏转器2为数字编码电光偏转器，包括电光晶体21和偏振分光器，偏振分光器选为双折射晶体22，驱动电路32与电光晶体21连接，初偏转激光41为ο光或e光，由于双折射晶体22具有双折射性质，即ο光发生折射，e光直接透过，ο光和e光具有不同的传输路径，若初偏转激光41经过电光晶体21时，驱动电路32对电光晶体21不施加电信号，初偏转激光41沿其中一种激光路径传输，若初偏转激光41经过电光晶体21时，驱动电路32对电光晶体21施加电信号，初偏转激光41则沿另一条激光路径传输。对电光偏转器2施加和不施加电信号时，初偏转激光41具有不同的传输路径，得到不同位置的再偏转激光42，从而达到光束扫描的目的。本实施例中仅就1级电光偏转器2进行了说明，若需要，还可以将设置2级电光偏转器，2级电光偏转器设置在1级电光偏转器的激光出射方向，与1级电光偏转器平行设置，使2种路径的再偏转激光42分别再入射到2级电光偏转器，将入射激光40的传输路径增加至4种，从而增加激光束扫描的精度。对于具有η级的电光偏转器，激光路径为2η个。
[0039]实施例三:
[0040]与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是:
[0041]如图3所示，电光偏转器2为棱镜电光偏转器，包括电光晶体棱镜23，驱动电路32的电极板与电光晶