大功率CO₂激光照射下倍频晶体的自动调节装置的制作方法

专利名称：大功率CO₂激光照射下倍频晶体的自动调节装置的制作方法
技术领域：
本发明属于自动控制技术领域，涉及一种大功率(X)2激光照射下倍频晶体的自动调节装置。
背景技术：
CO2激光照射非线性晶体(如磷锗锌、硒镓银等)产生的倍频(如二次谐波)输出能量或功率与激光的入射角度(入射匹配角)有关，偏离匹配角则会使倍频输出下降，偏离角度越大则倍频输出下降越多。当激光照射晶体时，晶体的温度将会升高，而温升能够引起晶体的折射率发生变化，折射率变化将直接导致晶体的入射匹配角变化，从而影响倍频输出。照射时激光参数对于晶体温升影响很大，特别是对于大功率(X)2激光而言，当照射功率、波长、频率等参数变化时均可导致匹配角变化，即使对于晶体采取了温度控制措施，但实际上远远抵消不了大功率激光照射时产生的温度升高速度，由此产生的温升导致输出不稳定。

发明内容
为了解决现有技术中大功率激光突然照射产生的瞬态温升与恒温/冷却速度较慢的矛盾问题，CO2激光不同波长照射时由于晶体对不同波长的吸收系数不同而产生的温度变化问题，以及激光照射频率突然变化产生的温升问题，本发明提供一种大功率CO2激光照射下倍频晶体的自动调节装置。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下大功率CO2激光照射下倍频晶体的自动调节装置，包括底座、转盘、光栅、编码器读出头、蜗轮、蜗杆、步进电机传动轴、步进电机、DSP控制器、信号调理模块、温度传感器、晶体、下转轴和上转轴；下转轴安装在底座中，蜗轮与下转轴固定连接，上转轴与蜗轮固定连接，转盘与上转轴固定连接，光栅与转盘固定连接，编码器读出头安装在底座上并与DSP控制器连接，温度传感器粘贴在晶体表面，信号调理模块与温度传感器连接，步进电机与底座固定连接，蜗轮与蜗杆滑动接触连接，蜗杆与步进电机传动轴固定连接，步进电机传动轴与步进电机固定连接，DSP控制器与步进电机连接。本发明的有益效果是利用温度传感器测得的晶体温度通过轴角编码器控制电动光学转台实现大功率ω2激光在照射参数突然改变时仍然保持倍频晶体工作在最佳状态。


图1是本发明大功率(X)2激光照射下倍频晶体的自动调节装置的示意图。图2是图1的仰视图。图中1、底座，2、转盘，3、光栅，4、编码器读出头，5、蜗轮，6、蜗杆，7、步进电机传动轴，8、步进电机，9、编码器信号线，10、DSP控制器，11、步进电机驱动信号线，12、信号调理模块，13、温度信号线，14、温度传感器，15、晶体，16、下转轴，17、上转轴。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1和图2所示，本发明大功率(X)2激光照射下倍频晶体的自动调节装置包括 底座1、转盘2、光栅3、编码器读出头4、蜗轮5、蜗杆6、步进电机传动轴7、步进电机8、DSP 控制器10、信号调理模块12、温度传感器14、晶体15、下转轴16和上转轴17 ；下转轴16安装在底座1中，蜗轮5与下转轴16固定连接，上转轴17与蜗轮5固定连接，转盘2与上转轴17固定连接，光栅3与转盘2固定连接，编码器读出头4安装在底座1上，并通过编码器信号线9与DSP控制器10连接，温度传感器14通过导热胶粘贴在晶体15表面，信号调理模块12通过温度信号线13与温度传感器14连接，步进电机8与底座1固定连接，蜗轮5 与蜗杆6滑动接触连接，蜗杆6与步进电机传动轴7固定连接，步进电机传动轴7与步进电机8固定连接，DSP控制器10通过步进电机驱动信号线11与步进电机8连接。实施例底座1、转盘2、蜗轮5、蜗杆6、步进电机传动轴7、下转轴16、上转轴17均可由钢材料制成，光栅3和编码器读出头4可由renishaw公司的SIGNUM角度编码器制成，步进电机 8是金坛市四海电机电器厂的42BYG型号步进电机，DSP控制器10可由"Texas Instruments 公司的F2812DSP为核心制成，步进电机驱动信号线11可由普通屏蔽电缆制成，信号调理模块12可由上海辰竹公司的CZ3043型号信号调理模块制成，温度信号线13、温度传感器14 均可由上海天沐公司的PtlOO制成，晶体15为磷锗锌晶体，晶体入射匹配角与晶体温度关系由下式计算y = 0. 056 (t0_tx)式中y为晶体入射匹配角，单位度；、为激光照射前的晶体温度，单位！；仁为激光照射后的晶体温度，单位°C。首先，在不对晶体15照射CO2激光的情况下将一种功率很小的准直激光对准晶体 15的入射匹配角，此时，称为激光入射角度与晶体入射匹配角在匹配状态，温度传感器14 测得晶体15的温度称为、，t0通过温度信号线13送入信号调理模块12，信号调理模块12 对温度信号进行调理，再将调理后的信号送入DSP控制器10中，同时，光栅3和编码器读出头4将晶体相应的位置信号通过编码器信号线9送入DSP，DSP控制器10根据上述公式和晶体位置信息计算出晶体温度和晶体入射匹配角的关系，根据计算结果可以确定步进电机 8转动的角度，进而驱动步进电机8转动，激光照射晶体15后，温度传感器14测得晶体15 的温度称为tx，tx实时地送入DSP控制器10，DSP控制器10实时地驱动步进电机8带动步进电机传动轴7，步进电机传动轴7带动蜗杆6，蜗杆6带动蜗轮5，蜗轮5带动转盘2转动， 安放在转盘2上的晶体15转动相应角度，即晶体15的入射匹配角随晶体温度变化而变化， 晶体15的入射匹配角始终保持在最佳角度，倍频输出能量(或者功率)始终保持最大。当对(X)2激光器进行调谐，输出(X)2激光波长变化时，由于晶体15对于不同波长 CO2激光的吸收系数不同而产生相应的温度与入射匹配角关系，也可以按照上述自动控制原理进行控制；当(X)2激光频率改变时，晶体15的温度会产生新的变化，仍然可以按照上述自动控制原理进行控制。本发明的原理是根据晶体本身温度的实际测试值动态地改变激光照射的入射角度，即利用瞬态温度传感器测得的晶体温度通过轴角编码器控制电动光学转台实现大功率 CO2激光在照射参数突然改变时仍然保持倍频晶体工作在最佳状态。
权利要求
1.大功率(X)2激光照射下倍频晶体的自动调节装置，其特征在于，该装置包括底座 (1)、转盘(2)、光栅(3)、编码器读出头(4)、蜗轮(5)、蜗杆(6)、步进电机传动轴(7)、步进电机(8)、DSP控制器(10)、信号调理模块(12)、温度传感器(14)、晶体(15)、下转轴(16) 和上转轴(17)；下转轴(16)安装在底座(1)中，蜗轮( 与下转轴(16)固定连接，上转轴 (17)与蜗轮(5)固定连接，转盘(2)与上转轴(17)固定连接，光栅(3)与转盘O)固定连接，编码器读出头(4)安装在底座(1)上并与DSP控制器(10)连接，温度传感器(14)粘贴在晶体(15)表面，信号调理模块(12)与温度传感器(14)连接，步进电机⑶与底座⑴ 固定连接，蜗轮( 与蜗杆(6)滑动接触连接，蜗杆(6)与步进电机传动轴(7)固定连接， 步进电机传动轴(7)与步进电机⑶固定连接，DSP控制器(10)与步进电机⑶连接。
2.如权利要求1所述的大功率CO2激光照射下倍频晶体的自动调节装置，其特征在于， 所述温度传感器(14)通过导热胶粘贴在晶体(1 表面。
全文摘要
大功率CO2激光照射下倍频晶体的自动调节装置属于自动控制领域，该装置包括底座、转盘、光栅、编码器读出头、蜗轮、蜗杆、步进电机传动轴、步进电机、DSP控制器、信号调理模块、温度传感器、晶体、下转轴和上转轴；下转轴安装在底座中，蜗轮与下转轴固定连接，上转轴与蜗轮固定连接，转盘与上转轴固定连接，光栅与转盘固定连接，编码器读出头安装在底座上并与DSP控制器连接，温度传感器粘贴在晶体表面，信号调理模块与温度传感器连接，步进电机与底座固定连接，蜗轮与蜗杆滑动接触连接，蜗杆与步进电机传动轴固定连接，DSP控制器与步进电机连接。本发明能够实现大功率CO2激光在照射参数突然改变时仍然保持倍频晶体工作在最佳状态。
文档编号H01S3/042GK102185236SQ201110047148
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者孟范江, 李殿军, 杨贵龙, 谢冀江, 郭劲 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所