长寿命免维护的紫外激光器的制作方法

本发明涉及激光技术，特别是涉及一种长寿命免维护的紫外激光器。

背景技术：

激光是近代科学技术中的重大发明之一，其中，355nm紫外激光应用于冷加工领域，在非金属以及精密加工中的应用价值尤其突出。随着全球对精细加工的需求日益增加，使得紫外激光器的应用领域不断扩大。现有技术基本以808nm或880nm半导体激光器泵浦激光晶体产生1064nm脉冲光，1064nm光倍频产生532nm绿光，1064nm与532nm激光合频产生355nm紫外激光。紫外激光由于波长短，光子能量强，经过的器件都容易损坏，损坏程度与紫外激光的的功率密度成正比，特别在高功率紫外激光器上尤为严重。由于倍频晶体的材料的缺陷，激光器倍频晶体的使用寿命受到限制，在使用过程中倍频晶体上通光点处容易损坏，令紫外激光器整体无法保证长期稳定运行。

技术实现要素：

基于此，有必要针对倍频晶体上通光点处在长期运行后损坏问题，提供一种长寿命免维护的紫外激光器。

一种长寿命免维护的紫外激光器，包括：主光路机构、及连接主光路机构的第一电动位移平台；所述主光路机构包括泵浦源、聚焦组件、前端镜、激光晶体、调q晶体、转折镜、倍频组件、及尾端镜；所述泵浦源用于发出泵浦光；所述前端镜、所述转折镜及所述尾端镜组成激光谐振腔，所述激光晶体位于所述激光谐振腔内；所述激光晶体及所述调q晶体设置在所述前端镜与所述转折镜之间；所述倍频组件包括三倍频晶体及二倍频晶体；所述三倍频晶体及所述二倍频晶体设置在所述转折镜与所述尾端镜之间；所述泵浦源发出的泵浦光经所述聚焦组件聚焦整形后，入射到所述激光晶体；泵浦光进入所述激光晶体后，在所述激光谐振腔内产生1064nm基频连续光，通过对所述调q晶体进行控制与调制，得到在所述前端镜、所述转折镜、及所述尾端镜之间来回反射的1064nm脉冲光；在沿所述转折镜到所述尾端镜的方向，1064nm脉冲光经过所述三倍频晶体折射后，射入所述二倍频晶体内，1064nm脉冲光经过所述二倍频晶体后，产生倍频效应，部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，532nm绿光和剩余的1064nm脉冲光经过所述尾端镜的反射，再一次经过所述二倍频晶体，又一部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，最后部分532nm绿光和剩余未转化的1064nm脉冲光在所述三倍频晶体内进行和频，产生355nm紫外激光，所述三倍频晶体输出端采用布氏角切割，所述三倍频晶体的输出端将剩余的1064nm激光、532nm激光、355nm激光分开，剩余的1064nm激光沿原路返回，继续在所述激光谐振腔内工作；所述二倍频晶体及所述三倍频晶体安装在所述第一电动位移平台上，所述第一电动位移平台以平行所述三倍频晶体输出端端面的方向，带动所述二倍频晶体及所述三倍频晶体进行移动。

上述长寿命免维护的紫外激光器，通过二倍频晶体及三倍频晶体安装在第一电动位移平台上，第一电动位移平台以平行三倍频晶体输出端端面的方向，带动二倍频晶体及三倍频晶体进行移动，紫外激光器使用一段时间后，二倍频晶体及三倍频晶体因长期工作而导致通光点损坏后，通过对二倍频晶体及三倍频晶体进行移动，调整激光打在倍频组件上的点位置，避开损坏的通光点，继续工作，从而能提升倍频组件及紫外激光器整体的使用寿命，减少倍频组件的更换处理。

在其中一个实施例中，所述第一电动位移平台包括第一驱动组件，第一驱动组件包括第一基座、安装在所述第一基座一侧的第一驱动电机、转动设置在所述第一基座中的第一传动丝杆、及连接所述第一传动丝杆的第一滑座；所述第一驱动电机的输出轴与所述第一传动丝杆的一端连接，所述第一传动丝杆通过螺纹驱动所述第一滑座相对所述第一基座移动；所述第一传动丝杆的延伸方向与所述三倍频晶体输出端的端面平行；所述二倍频晶体及所述三倍频晶体安装在第一滑座上。

在其中一个实施例中，所述第一电动位移平台还包括第二驱动组件，所述二倍频晶体及所述三倍频晶体通过所述第二驱动组件安装在所述第一滑座上，所述第二驱动组件包括连接所述第一滑座的第一引导架、安装在所述第一滑座上的第二驱动电机、连接所述第二驱动电机的第二传动丝杆、及滑动连接所述第一引导架的第一移动板；所述第二传动丝杆通过螺纹驱动所述第一移动板相对所述第一引导架移动；所述第二传动丝杆的延伸方向与所述三倍频晶体输出端的端面平行。

在其中一个实施例中，所述主光路机构还包括绿光挡光片，从所述三倍频晶体的输出端出射的532nm激光利用所述绿光挡光片阻挡。

在其中一个实施例中，所述聚焦组件包括第一平凸透镜、及第二平凸透镜；所述第一平凸透镜及所述第二平凸透镜处于所述泵浦源与所述前端镜之间；所述第一平凸透镜的凸面与所述第二平凸透镜的凸面相对。

在其中一个实施例中，还包括辅助光路机构及密封壳体，所述辅助光路机构包括扩束镜组件及窗口片，从所述三倍频晶体的输出端出射的355nm激光进入所述扩束镜组件进行扩束；所述主光路机构及所述扩束镜组件安装在所述密封壳体中，所述窗口片嵌设在所述密封壳体上，从所述扩束镜组件出射的355nm激光经所述窗口片射出所述密封壳体。

在其中一个实施例中，所述扩束镜组件包括平凹镜及第三平凸透镜，从所述三倍频晶体出射的355nm激光入射到所述平凹镜，经所述平凹镜及所述第三平凸透镜扩束后，从所述第三平凸透镜出射至所述窗口片。

在其中一个实施例中，所述辅助光路机构还包括反射组件，从所述三倍频晶体的输出端出射的355nm激光通过所述反射组件反射至所述扩束镜组件；所述反射组件包括第一紫外反射镜及第二紫外反射镜，355nm激光经过一段距离后入射到所述第一紫外反射镜进行光路反射，再经过所述第二紫外反射镜反射至所述扩束镜组件。

在其中一个实施例中，还包括第二电动位移平台，所述第一紫外反射镜安装在所述第二电动位移平台上；所述第二电动位移平台包括第三驱动组件，所述第三驱动组件包括第二基座、安装在所述第二基座一侧的第三驱动电机、转动设置在所述第二基座中的第三传动丝杆、及连接所述第三传动丝杆的第二滑座；所述第三驱动电机的输出轴与所述第三传动丝杆的一端连接，所述第三传动丝杆通过螺纹驱动所述第二滑座相对所述第二基座移动；所述第三传动丝杆的延伸方向与所述第一紫外反射镜的反射面平行；所述第一紫外反射镜安装在所述第二滑座上。

在其中一个实施例中，所述辅助光路机构还包括pd探头，所述pd探头与所述窗口片的内侧对应，所述窗口片内侧对355nm激光产生微弱反射，所述pd探头对所述窗口片所反射的355nm激光进行检测。

附图说明

图1为本发明的一较佳实施例的长寿命免维护的紫外激光器的光路结构示意图；

图2为第一电动位移平台的立体示意图；

图3为图2所示的第一电动位移平台的分解示意图；

图4为图2所示的第一电动位移平台在另一角度的分解示意图；

图5为图1所示的长寿命免维护的紫外激光器加入辅助光路机构后的光路结构示意图；

图6为第二电动位移平台的立体示意图；

图7为图2所示的第二电动位移平台的分解示意图；

图8为控制电路与pd探头的连接关系图；

图9为长寿命免维护的紫外激光器的自动调节流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1至图9，为本发明一较佳实施方式的长寿命免维护的紫外激光器100，用于产生紫外激光。该长寿命免维护的紫外激光器100包括主光路机构、及连接主光路机构的第一电动位移平台30；主光路机构包括泵浦源21、聚焦组件22、前端镜23、激光晶体24、调q晶体25、转折镜26、倍频组件27、及尾端镜28；泵浦源21用于发出泵浦光；前端镜23、转折镜26及尾端镜28组成激光谐振腔，激光晶体24位于激光谐振腔内；激光晶体24及调q晶体25设置在前端镜23与转折镜26之间；倍频组件27包括三倍频晶体271及二倍频晶体272；三倍频晶体271及二倍频晶体272设置在转折镜26与尾端镜28之间；泵浦源21发出的泵浦光经聚焦组件22聚焦整形后，入射到激光晶体24；泵浦光进入激光晶体24后，在激光谐振腔内产生1064nm基频连续光，通过对调q晶体25进行控制与调制，得到在前端镜23、转折镜26、及尾端镜28之间来回反射的1064nm脉冲光；在沿转折镜26到尾端镜28的方向，1064nm脉冲光经过三倍频晶体271折射后，射入二倍频晶体272内，1064nm脉冲光经过二倍频晶体272后，产生倍频效应，部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，532nm绿光和剩余的1064nm脉冲光经过尾端镜28的反射，再一次经过二倍频晶体272，又一部分1064nm脉冲光转化成532nm绿光，最后部分532nm绿光和剩余未转化的1064nm脉冲光在三倍频晶体271内进行和频，产生355nm紫外激光，三倍频晶体271输出端采用布氏角切割，三倍频晶体271的输出端将剩余的1064nm激光l1、532nm激光l2、355nm激光l3分开，剩余的1064nm激光l1沿原路返回，继续在激光谐振腔内工作；二倍频晶体272及三倍频晶体271安装在第一电动位移平台30上，第一电动位移平台30以平行三倍频晶体271输出端端面的方向，带动二倍频晶体272及三倍频晶体271进行移动。

通过二倍频晶体272及三倍频晶体271安装在第一电动位移平台30上，第一电动位移平台30以平行三倍频晶体271输出端端面的方向，带动二倍频晶体272及三倍频晶体271进行移动，紫外激光器使用一段时间后，二倍频晶体272及三倍频晶体271因长期工作而导致通光点损坏，通过对二倍频晶体272及三倍频晶体271进行移动，调整激光打在倍频组件27上的点位置，避开损坏的通光点，继续工作，从而能提升倍频组件27及紫外激光器整体的使用寿命，减少倍频组件27的更换处理。

请参阅图2至图4，在其中一个实施方式中，为实现二倍频晶体272及三倍频晶体271的精确移动，第一电动位移平台30包括第一驱动组件31，第一驱动组件31包括第一基座311、安装在第一基座311一侧的第一驱动电机312、转动设置在第一基座311中的第一传动丝杆313、及连接第一传动丝杆313的第一滑座314；第一驱动电机312的输出轴与第一传动丝杆313的一端连接，第一传动丝杆313通过螺纹驱动第一滑座314相对第一基座311移动；第一传动丝杆313的延伸方向与三倍频晶体271输出端的端面平行；二倍频晶体272及三倍频晶体271安装在第一滑座314上；具体地，当二倍频晶体272或三倍频晶体271的通过点出现损坏时，通过第一驱动电机312驱动第一传动丝杆313转动，令第一滑座314移动，使二倍频晶体272及三倍频晶体271以平行三倍频晶体271输出端端面的方向移动，从而能避开损坏的通光点，且光路方向保持一致，提高二倍频晶体272或三倍频晶体271使用寿命。进一步地，为提高第一滑座314移动过程中的稳定性，第一驱动组件31还包括安装在第一基座311上的第一承载条315，第一承载条315与第一滑座314对应设置；通过第一承载条315对第一滑座314的支撑，从而能提高第一滑座314的受力平衡，提升第一滑座314移动过程中的稳定性。

在其中一个实施方式中，为提高单个二倍频晶体272或三倍频晶体271的利用率，进一步提升紫外激光器的免维护周期，第一电动位移平台30还包括第二驱动组件32，二倍频晶体272及三倍频晶体271通过第二驱动组件32安装在第一滑座314上，第二驱动组件32包括连接第一滑座314的第一引导架321、安装在第一滑座314上的第二驱动电机322、连接第二驱动电机322的第二传动丝杆323、及滑动连接第一引导架321的第一移动板324；第二传动丝杆323通过螺纹驱动第一移动板324相对第一引导架321移动；第二传动丝杆323的延伸方向与三倍频晶体271输出端的端面平行，优选地，为提升移动效率，第二传动丝杆323的延伸方向还与第一传动丝杆313的延伸方向垂直；二倍频晶体272及三倍频晶体271安装在第一移动板324上；当第一滑座314移动至极限位置时，通过第二驱动电机322及第二传动丝杆323调整第一移动板324相对第一引导架321的距离，从而能令第一滑座314从极限位置向相反方向移动时，能避开原来经过的受损通光点，提高单个二倍频晶体272或三倍频晶体271的利用率及提升紫外激光器的免维护周期。具体地，为利用第一引导架321稳定第一移动板324的移动，第一引导架321上设有第一套筒325，第一移动板324上设有穿设在第一套筒325中的第一支杆326，通过第一套筒325与第一支杆326之间的限定，从而使第一移动板324相对第一引导架321移动过程中能保持稳定；优选地，第一套筒325设置在第一基座311的两侧，从而减少第一电动位移平台30整体的厚度，有利于优化紫外激光器的结构布局。

请参阅图1，在其中一个实施方式中，为了得到纯净的355nm激光输出，主光路机构还包括绿光挡光片29，从三倍频晶体271的输出端出射的532nm激光l2利用绿光挡光片29阻挡。

在其中一个实施方式中，聚焦组件22包括第一平凸透镜221、及第二平凸透镜222；第一平凸透镜221及第二平凸透镜222处于泵浦源21与前端镜23之间；第一平凸透镜221的凸面与第二平凸透镜222的凸面相对。

在其中一个实施方式中，为对355nm激光l3进行扩束，长寿命免维护的紫外激光器100还包括辅助光路机构，辅助光路机构包括扩束镜组件41，从三倍频晶体271的输出端出射的355nm激光l3进入扩束镜组件41进行扩束；进一步地，为避免外部灰尘和水气等污染物对主光路机构及扩束镜组件41造成污损，影响紫外激光器的寿命，长寿命免维护的紫外激光器100还包括密封壳体，辅助光路机构还包括窗口片42，主光路机构及扩束镜组件41安装在密封壳体中，窗口片42嵌设在密封壳体上，从扩束镜组件41出射的355nm激光l3经窗口片42射出密封壳体；优选地，为减少355nm激光l3在窗口片42上的反射，窗口片42以布氏角放置；具体地，为稳定密封壳体内的温度，长寿命免维护的紫外激光器100还包括设置在密封壳体中的水冷板，泵浦源21、聚焦组件22、前端镜23、激光晶体24、调q晶体25、转折镜26、尾端镜28、及扩束镜组件41设置在水冷板上，水冷板通过液体流动平衡长寿命免维护的紫外激光器100内的温度，并将热量带出长寿命免维护的紫外激光器100外。

请参阅图5，在其中一个实施方式中，扩束镜组件41包括平凹镜411及第三平凸透镜412，从三倍频晶体271出射的355nm激光l3入射到平凹镜411，经平凹镜411及第三平凸透镜412扩束后，从第三平凸透镜412出射至窗口片42；具体地，为提高平凹镜411的寿命，平凹镜411的凹面采用高度抛光工艺，且采用紫外石英晶体镜片基材。

在其中一个实施方式中，为延长扩束镜组件41及窗口片42的寿命，辅助光路机构还包括反射组件，从三倍频晶体271的输出端出射的355nm激光l3通过反射组件反射至扩束镜组件41；具体地，反射组件包括第一紫外反射镜431及第二紫外反射镜432，355nm激光l3经过一段距离后入射到第一紫外反射镜431进行光路反射，再经过第二紫外反射镜432反射至扩束镜组件41；通过第一紫外反射镜431及第二紫外反射镜432，在355nm激光射入扩束镜组件41之前进行有效的发散，由于355nm激光l3出射三倍频晶体271的输出端时本身拥有一定的发散角，经过长距离传输后，光斑大小势必会增大，利用第一紫外反射镜431及第二紫外反射镜432折叠空间延长光束传输距离，根据光束出光的发散角和初始光斑大小，适当调整折叠光路长度，一般能将光斑直径扩大3倍甚至以上，打在扩束镜组件41的功率密度得到大大降低，与直径成平方关系的降低，扩束镜组件41的寿命也自然得到大大的延长。

请参阅图6及图7，在其中一个实施方式中，为实现第一紫外反射镜431的移动，延长反射组件的使用寿命，长寿命免维护的紫外激光器100还包括第二电动位移平台50，第一紫外反射镜431安装在第二电动位移平台50上；第二电动位移平台50包括第三驱动组件51，第三驱动组件51包括第二基座511、安装在第二基座511一侧的第三驱动电机512、转动设置在第二基座511中的第三传动丝杆513、及连接第三传动丝杆513的第二滑座514；第三驱动电机512的输出轴与第三传动丝杆513的一端连接，第三传动丝杆513通过螺纹驱动第二滑座514相对第二基座511移动；第三传动丝杆513的延伸方向与第一紫外反射镜431的反射面平行；第一紫外反射镜431安装在第二滑座514上；当第一紫外反射镜431的反射点出现损坏时，通过第三驱动电机512驱动第三传动丝杆513转动，令第二滑座514移动，从而令第一紫外反射镜431以平行其反射面的方向移动，从而能避开损坏的反射点，且光路方向保持一致，提高第一紫外反射镜431的使用时间。具体地，为提高第二滑座514移动过程中的稳定性，第三驱动组件51还包括安装在第二基座511上的第二承载条515，第二承载条515与第二滑座514对应设置；通过第二承载条515对第二滑座514的支撑，从而能提高第二滑座514的受力平衡，提升第二滑座514移动过程中的稳定性。为提高第一紫外反射镜431的利用率，进一步提升紫外激光器的免维护周期，第二电动位移平台50还包括第四驱动组件52，第一紫外反射镜431通过第四驱动组件52安装在第二滑座514上，第四驱动组件52包括连接第二滑座514的第二引导架521、安装在第二滑座514上的第四驱动电机522、连接第四驱动电机522的第四传动丝杆523、及滑动连接第二引导架521的第二移动板524；第四传动丝杆523通过螺纹驱动第二移动板524相对第二引导架521移动；第四传动丝杆523的延伸方向与第一紫外反射镜431的反射面平行，优选地，为提升移动效率第四传动丝杆523的延伸方向与第三传动丝杆513的延伸方向垂直；第一紫外反射镜431安装在第二移动板524上；当第二滑座514移动至极限位置时，通过第四驱动电机522及第四传动丝杆523调整第二移动板524相对第二引导架521的距离，从而能令第二滑座514从极限位置向相反方向移动时，能避开原来经过的受损反射点，提高第一紫外反射镜431的利用率及提升紫外激光器的免维护周期。具体地，为利用第二引导架521稳定第二移动板524的移动，第二引导架521上设有第二套筒525，第二移动板524上设有穿设在第二套筒525中的第二支杆526，通过第二套筒525与第二支杆526之间的限定，从而使第二移动板524相对第二引导架521移动过程中能保持稳定；优选地，第二套筒525设置在第二基座511的两侧，从而减少第二电动位移平台50整体的厚度，有利于优化紫外激光器的结构布局。

请再次参阅图5，在其中一个实施方式中，为对输出的355nm激光功率进行检测，辅助光路机构还包括pd探头44，pd探头44与窗口片42的内侧对应，窗口片42内侧对355nm激光产生微弱反射，pd探头44对窗口片42所反射的355nm激光进行检测。

请再次参阅图8及图9，在其中一个实施方式中，为实现长寿命免维护的紫外激光器100的自行调节，以尽量减少对紫外激光器的维护，长寿命免维护的紫外激光器100还包括控制电路60，pd探头44根据接收的355nm激光的功率强度而产生相应的检测值，且pd探头44将355nm激光强度的检测值输入控制电路60，控制电路60对355nm激光强度的检测值进行对比，当355nm激光强度的检测值低于预定值时，控制电路60驱动第一电动位移平台30或第二电动位移平台50运行，对倍频组件27或第一紫外反射镜431进行移动。

控制电路60连接第一驱动电机312、第二驱动电机322、第三驱动电机512、及第四驱动电机522，在本实施方式中，第一驱动电机312、第二驱动电机322、第三驱动电机512、及第四驱动电机522为步进电机，当pd探头44的检测值低于预定值时，控制电路60向第一驱动电机312、第二驱动电机322、第三驱动电机512、及第四驱动电机522输出脉冲指令。

具体地，长寿命免维护的紫外激光器100自行调节过程包括如下步骤：

s10：利用pd探头44检测355nm激光的输出强度；

s11：将pd探头44的检测值与预定值进行对比；

s20：控制电路60向第一驱动电机312或第二驱动电机322输出控制信号，利用第一驱动电机312或第二驱动电机322对倍频组件27的位置进行调整，以解决因倍频组件27通光点受损引起输出光线功率下降；

s21：控制电路60从pd探头44获取检测值；

s22：控制电路60将pd探头44的检测值与预定值进行对比；

s30：恢复倍频组件27至原来的位置；～～由于355nm激光的输出强度可能由于第一紫外反射镜431的反射点受损引起，通过在移动第一紫外反射镜431前将倍频组件27恢复至原来的位置，可减少倍频组件27的无效移动，从而增加倍频组件27使用周期；

s31：控制电路60向第三驱动电机512或第四驱动电机522输出控制信号，利用第三驱动电机512或第四驱动电机522对第一紫外反射镜431的位置进行调整，以解决因第一紫外反射镜431反射点受损引起输出光线功率下降；

s32：控制电路60从pd探头44获取检测值；

s33：控制电路60将pd探头44的检测值与预定值进行对比；

s40：控制电路60向第一驱动电机312或第二驱动电机322输出控制信号，利用第一驱动电机312或第二驱动电机322对倍频组件27的位置进行调整，以解决因倍频组件27通光点及第一紫外反射镜431反射点同时受损所引起输出光线功率下降；具体地，pd探头44为光电二极管。

在具体应用中，泵浦源21可以采用激光二极管；第一电动位移平台30及第二电动位移平台50设置在密封壳体中，且嵌设在水冷板上，以使二倍频晶体272、三倍频晶体271或第一紫外反射镜431与其他光学元件处于同一平面上；第一平凸透镜221及第二平凸透镜222镀808/880nm增透膜；前端镜23镀808/880nm增透膜及1064nm全反膜；激光晶体24为nd:yvo4、ndyag或gd:yvo4；控制调q晶体25时，进行电光调q或声光调q；转折镜26镀1064nm全反膜；三倍频晶体271为lbo或bbo；二倍频晶体272为lbo、ktp或kdp；尾端镜28镀1064及532nm全反膜；第一紫外反射镜431及第二紫外反射镜432镀355nm全反膜；平凹镜411的平面镀355nm增透膜；第三平凸镜412双面镀355nm增透膜；窗口片42双面抛光不镀膜。

本实施例中，通过二倍频晶体及三倍频晶体安装在第一电动位移平台上，第一电动位移平台以平行三倍频晶体输出端端面的方向，带动二倍频晶体及三倍频晶体进行移动，紫外激光器使用一段时间后，二倍频晶体及三倍频晶体因长期工作而导致通光点损坏，通过对二倍频晶体及三倍频晶体进行移动，调整激光打在倍频组件上的点位置，避开损坏的通光点，继续工作，从而能提升倍频组件及紫外激光器整体的使用寿命，减少倍频组件的更换处理。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。