專利名稱：諧波脈沖激光裝置以及產(chǎn)生諧波脈沖激光光束的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種從基本波長(zhǎng)激光光束向諧波光束進(jìn)行的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，并且更具體地涉及一種用于產(chǎn)生適合于激光處理如焊接的長(zhǎng)脈沖諧波脈沖激光光束的方法和裝置。
背景技術(shù)：
近來(lái)，激光使用在制造，尤其是焊接，切割以及表面精加工領(lǐng)域中。事實(shí)上，激光焊接技術(shù)越來(lái)越變得重要，這是因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)高精度和高速度加工；工件更少受到熱變形的影響；并且可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的自動(dòng)化。目前，固體激光器最經(jīng)常使用于激光焊接，并且是產(chǎn)生波長(zhǎng)約為1μm光束的YAG激光器。YAG激光器包括摻有稀土活性離子(如Nd3+，yb3+等)的YAG(Y3Al5O12)晶體，并且NdYAG激光器的基波波長(zhǎng)為1064nm。YAG激光器可以連續(xù)振蕩并且具有Q開關(guān)的大脈沖振蕩可實(shí)現(xiàn)且能產(chǎn)生具有大于100μs(通常為2到3ms)的脈沖寬度的長(zhǎng)脈沖激光光束。
順便提及，在激光焊接中，焊接材料和激光光束之間的光耦合是很重要的。沒(méi)有好的光耦合，由于反射率變高并且激光能量的吸收效率變低，因此難于得到好的焊接連接。關(guān)于這點(diǎn)，具有基波波長(zhǎng)(如，1064nm)的YAG激光光束對(duì)銅、金、鋁等具有差的光耦合。對(duì)于這些金屬，公知的是二次諧波(532nm)YAG激光器具有更高的光耦合。在專利文獻(xiàn)1中，該申請(qǐng)披露出一種不同波長(zhǎng)疊加的激光焊接方法，其用第一YAG激光器產(chǎn)生基波波長(zhǎng)(1064nm)YAG脈沖激光光束，并且用第二YAG激光器產(chǎn)生二次諧波(532nm)Q開關(guān)YAG激光光束，以便將基波YAG脈沖激光光束和二次諧波Q開關(guān)YAG激光光束疊加并且照射在所焊接的材料上。根據(jù)該不同波長(zhǎng)疊加激光焊接方法，對(duì)于如銅、金、鋁等的焊接材料，激光能量的吸收率可增加以得到好的焊接連接(例如，見日本專利申請(qǐng)公開No.2002-28795)。
然而，在上述的不同波長(zhǎng)疊加激光焊接方法中，由于需要兩(2)個(gè)YAG激光系統(tǒng)，因此存在的問(wèn)題是激光裝置更大并且調(diào)節(jié)和維護(hù)變得復(fù)雜。
本發(fā)明的另一目的是提供一種諧波脈沖激光裝置以及一種諧波脈沖激光產(chǎn)生方法，該裝置和方法穩(wěn)定地產(chǎn)生具有高波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率的高功率長(zhǎng)脈沖諧波脈沖激光光束。
首先，給出發(fā)明者怎樣實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的描述。
入射(照射)高強(qiáng)度激光光束到非線性光學(xué)晶體上，由于光的非線性效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生具有比入射光高兩到三倍頻率的光，如諧波光。這些非線性光晶體也稱作波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體，并且如表1所示，已知各種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體。
表1

為了向這種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體提供高強(qiáng)度激光光束，傳統(tǒng)上使用一種Q開關(guān)分案。根據(jù)該Q開關(guān)分案，在充分激勵(lì)激光活性介質(zhì)而使得能級(jí)的總體轉(zhuǎn)換盡可能相同高之后，通過(guò)導(dǎo)通Q開關(guān)并且使得諧振器的Q值非常高，瞬時(shí)大振蕩發(fā)生在諧振器中，并且可得到具有窄脈沖寬度和高峰值功率的激光輸出。由Q開關(guān)型激光裝置產(chǎn)生的Q開光激光稱作巨脈沖。
通常，當(dāng)將使用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的高功率激光光束(例如，具有兩倍入射波或者基波頻率的二次諧波激光光束)用于進(jìn)行加工等時(shí)，最重要的特性值是激光損壞閾值。即使確定轉(zhuǎn)換效率的非線性光學(xué)常數(shù)高，但當(dāng)損壞閾值低時(shí)，激光光束將變得不切實(shí)際。這是因?yàn)?，?dāng)具有峰值能量強(qiáng)度(通常在GW/cm2單位上)的激光光束高于損壞閾值時(shí)，在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體中產(chǎn)生損壞(大多數(shù)為破裂)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體不再能夠使用。
傳統(tǒng)上，LBO(LiB3O5)是最經(jīng)常用來(lái)將由Q開關(guān)型激光產(chǎn)生的高功率大脈沖波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到二次諧波(SHG二次諧波產(chǎn)生)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體，并且其損壞閾值(18.9GW/cm2)是足夠高的。另一方面，盡管KTP(KTiOPO4)晶體也已知為這種類型的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體，但KTP晶體的損壞閾值(4.6GW/cm2)比LBO的小四(4)倍，這是相當(dāng)?shù)偷?。如?所示。
表2

在這種意義上，LBO是上述專利文獻(xiàn)1(日本專利申請(qǐng)公開No.2002-28795)描述的Q開關(guān)YAG激光器作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選材料。與之相反，KTP晶體作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體是不合適的，除非基波大脈沖的峰值能量(峰值能量密度)等于或小于特定程度，即，等于或小于KTP晶體的損壞閾值。換句話說(shuō)，通過(guò)使基波大脈沖的峰值能量密度等于或小于KTP晶體的損壞閾值，二次諧波激光光束可從KTP晶體中產(chǎn)生，而不會(huì)給KTP晶體造成例如灰色軌跡(也稱作暗色化，一種使得晶體變黑的現(xiàn)象)的損壞。然而，這種情況下的二次諧波激光光束具有低的激光功率，并且具有的局限性在于激光光束不能支配足夠的取決于處理目標(biāo)的加工能力。
根據(jù)上述幾點(diǎn)，為了研究和開發(fā)本發(fā)明的諧波脈沖激光裝置，對(duì)于具有相對(duì)高損壞閾值的高功率波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體的LBO晶體，SHG(二次諧波)產(chǎn)生試驗(yàn)通過(guò)照射由YAG脈沖激光器產(chǎn)生的具有相對(duì)長(zhǎng)脈沖寬度的長(zhǎng)脈沖(100μs或者更長(zhǎng)，典型為1到3ms)激光光束而實(shí)現(xiàn)，其具有的基波長(zhǎng)度為1064nm。
不幸的是，LBO晶體受破裂的影響并且使得不可使用。盡管理由不完全清楚，但是相信盡管損壞閾值條件是清楚的，但由于LBO晶體具有熱膨脹/收縮的特性，因此產(chǎn)生破裂。更具體的是，由于LBO晶體的熱膨脹系數(shù)具有很強(qiáng)的各向異性，在x軸方向上具有ax＝108×10-6/K的值得考慮的膨脹率，而在y軸方向上具有ay＝-88×10-6/K，因此估計(jì)通過(guò)照射或者輸入100μs或者更長(zhǎng)的、通常為1到3ms的長(zhǎng)脈沖激光光束在LBO晶體內(nèi)部局部產(chǎn)生相當(dāng)程度的熱應(yīng)力，并且結(jié)果是形成破裂。
與其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)一起，對(duì)于具有相對(duì)低損壞閾值的低功率波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換晶體KTP晶體，SHG(二次諧波)發(fā)生實(shí)驗(yàn)通過(guò)照射由YAG脈沖激光器產(chǎn)生的具有相對(duì)長(zhǎng)脈沖寬度的長(zhǎng)脈沖(100μs或者更長(zhǎng)，典型地為1到3ms)激光光束而實(shí)現(xiàn)，該激光光束具有1064nm的基波波長(zhǎng)。
令人驚訝的是，灰色軌跡不在KTP晶體中產(chǎn)生并且可產(chǎn)生二次諧波(波長(zhǎng)532nm)脈沖激光光束而不形成破裂。盡管理由并不清楚，可以相信如下長(zhǎng)脈沖基波YAG脈沖激光光束典型地具有每個(gè)脈沖幾焦耳數(shù)量級(jí)的能量，這是相當(dāng)小的；然而，其峰值或者峰值能量(典型地為幾KW)明顯低于大脈沖的，并且其能量密度不超過(guò)基于Q開關(guān)或者大脈沖(4.6GW/cm2)的KTP晶體的損壞閾值。另一方面，基波YAG脈沖激光對(duì)于在KTP晶體上發(fā)生所需要的非線性光學(xué)效應(yīng)具有足夠的激光功率。此外，相信即使提供長(zhǎng)脈沖基波YAG脈沖激光光束，由于其低的熱膨脹率有問(wèn)題的熱應(yīng)力不產(chǎn)生并且在KTP晶體中不形成破裂。
基于上述認(rèn)知構(gòu)想出了本發(fā)明。即，本發(fā)明產(chǎn)生諧波脈沖激光光束的方法包括步驟激勵(lì)固態(tài)激光器的活性介質(zhì)以產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；以及施加基波脈沖激光光束到KTP(KTiOPO4)晶體上以產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束兩(2)倍的頻率。
本發(fā)明的諧波脈沖激光裝置包括，作為基本結(jié)構(gòu)的固體激光器，產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；以及KTP(KTiOPO4)晶體，基波脈沖激光光束入射到其上以便產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束兩(2)倍的頻率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，活性介質(zhì)從包括NdYAG，NdYLF，NdYVO4以及YbYAG的組中進(jìn)行選擇，并且由激勵(lì)單元進(jìn)行激勵(lì)或者泵送(pumped)。
作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方面，可以將僅僅允許光線在一個(gè)極化方向上通過(guò)的極化元件設(shè)置在基波脈沖激光光束的光徑上，使得極化方向相對(duì)KTP晶體的光軸形成45度的角度，而為KTP晶體入射由該極化元件線性極化的基波脈沖激光光束。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于非線性光學(xué)效應(yīng)受兩種(2)等強(qiáng)度基波光成分影響，該兩種等強(qiáng)度基波成分在KTP晶體的坐標(biāo)系上顯然正交，因此高效率類型II(high-efficiency type II)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換可以進(jìn)行，并且可產(chǎn)生穩(wěn)定且高功率長(zhǎng)脈沖的二次諧波激光光束。KTP晶體優(yōu)選切割成類型II相位(type II phase)匹配結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方面的諧波激光裝置包括光諧振器，該光諧振器具有相互光學(xué)相對(duì)設(shè)置的第一和第二端鏡；設(shè)置在光諧振器光徑上的活性介質(zhì)；激勵(lì)單元，泵送活性介質(zhì)以產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；KTP晶體，設(shè)置在光諧振器的光徑上，以產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束二(2)倍的頻率；以及設(shè)置在光諧振器光徑上的諧波分離輸出鏡，其中諧波分離輸出鏡將基波脈沖激光光束保持在光諧振器的光徑上并且將二次諧波脈沖激光光束提供到光諧振器光徑的外部。
優(yōu)選的是，在諧波脈沖激光裝置中，將活性介質(zhì)設(shè)置在第一端鏡附近并且將KTP晶體設(shè)置在第二端鏡附近，第一端鏡向活性介質(zhì)反射基波脈沖激光光束，而第二端鏡朝向KTP晶體發(fā)射基波脈沖激光光束和二次諧波脈沖激光光束。
作為一個(gè)優(yōu)選的方面，活性介質(zhì)和KTP晶體可相互設(shè)置在同一直線上。
作為另一個(gè)優(yōu)選的方面，可將諧波分離輸出鏡相對(duì)活性介質(zhì)和KTP之間的光諧振器的光徑傾斜設(shè)置，該諧振分離輸出鏡允許基波脈沖激光光束傳輸通過(guò)其中并且朝向預(yù)定方向反射二次諧波脈沖激光光束。
根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的方面，第一端鏡、第二端鏡以及諧波分離輸出鏡設(shè)置成三角形；活性介質(zhì)設(shè)置在第二端鏡和諧波分離輸出鏡之間；KTP晶體設(shè)置在第一端鏡和諧波分離輸出鏡之間；并且諧波分離輸出鏡構(gòu)造成反射基波脈沖激光光束并且二次諧波脈沖激光光束通過(guò)其中傳輸。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選方面的一種諧波脈沖激光裝置具有光諧振器，該光諧振器具有相互光學(xué)相對(duì)設(shè)置的端鏡和諧波分離輸出鏡；設(shè)置在光諧振器光徑上的端鏡附近的活性介質(zhì)；激勵(lì)單元，用于光學(xué)泵送活性介質(zhì)，以便產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；以及KTP晶體，設(shè)置在光諧振器光徑上的諧波分離輸出鏡附近，以便產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束二(2)倍的頻率，其中諧波分離輸出鏡將基波脈沖激光光束保持在光諧振器的光徑上并且將二次諧波脈沖激光光束輸出到光諧振器光徑的外部。
作為優(yōu)選的方面，在上述諧波脈沖激光裝置的結(jié)構(gòu)中，可提供諧波鏡，其允許基波脈沖激光通過(guò)其中傳輸并且反射二次諧波脈沖激光光束。
另外，按照一個(gè)優(yōu)選的方面，激勵(lì)單元具有激勵(lì)光發(fā)生單元，產(chǎn)生用于光學(xué)泵送活性介質(zhì)的激勵(lì)光；激光電源單元，提供使激勵(lì)光發(fā)生單元產(chǎn)生激勵(lì)光的電功率；以及控制單元，用于控制從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率。激勵(lì)光發(fā)生單元可為激勵(lì)燈或者激光二極管。
同樣，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的方面，該激光電源單元具有輸出直流的直流電源單元以及連接在直流電源單元和激勵(lì)光發(fā)生單元之間的開關(guān)元件，并且通過(guò)使開關(guān)元件在于基波脈沖激光光束的脈沖寬度對(duì)應(yīng)的期間執(zhí)行高頻開關(guān)操作而提供給激勵(lì)光發(fā)生單元脈沖電功率。
另外，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，控制單元產(chǎn)生使開關(guān)元件執(zhí)行開關(guān)操作的控制信號(hào)，優(yōu)選在脈沖寬度控制分案中，并且將控制信號(hào)提供給激光電源單元。
另外，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，控制單元具有測(cè)量二次諧波脈沖激光光束的激光輸出功率的諧波激光輸出功率測(cè)量單元，并且通過(guò)反饋從諧波激光輸出功率測(cè)量單元得到的激光輸出功率測(cè)量值產(chǎn)生控制信號(hào)。
另外，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，控制單元具有上限設(shè)定單元，用于設(shè)定從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率、電流和電壓所組成的組中選擇的某個(gè)參數(shù)的期望上限；用于測(cè)量參數(shù)的參數(shù)測(cè)量單元；以及第一比較單元，用于將從參數(shù)測(cè)量單元得到的參數(shù)測(cè)量值與上限值進(jìn)行比較。并且控制單元依據(jù)第一比較單元的比較結(jié)果控制從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率。
另外，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，控制單元具有用于測(cè)量基波脈沖激光光束的激光輸出功率的基波激光輸出功率測(cè)量單元，并且通過(guò)反饋從基波激光輸出功率測(cè)量單元得到的激光輸出功率測(cè)量值產(chǎn)生控制信號(hào)。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，控制單元包括極限值設(shè)定單元，設(shè)定二次諧波脈沖激光光束的激光功率的期望上限和期望下限中的至少一個(gè)作為極限值；諧波激光功率測(cè)量單元，測(cè)量二次諧波脈沖激光光束的激光功率；以及第二比較單元，用于將從諧波激光功率測(cè)量單元得到的激光功率測(cè)量值與該極限值進(jìn)行比較，其中控制單元基于第二比較單元的比較結(jié)果，控制從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，控制單元包括參考值設(shè)定單元，設(shè)定二次諧波脈沖激光光束的激光功率的期望參考值；諧波激光功率測(cè)量單元，測(cè)量二次諧波脈沖激光光束的激光功率；激光功率平均值計(jì)算單元，找出從諧波激光功率測(cè)量單元中得到的激光功率測(cè)量值的時(shí)間平均值；以及偏移值計(jì)算單元，找出從激光功率平均值計(jì)算單元中得到的激光功率平均值和參考值之間的差作為偏移值，其中控制單元依據(jù)該偏移值校正控制信號(hào)。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選方面，工件由二次諧波激光光束進(jìn)行焊接。在其他實(shí)施例中，可用本發(fā)明的諧波脈沖激光裝置產(chǎn)生的二次諧波激光光束在工件中產(chǎn)生熱，以實(shí)現(xiàn)工件材料性質(zhì)的改變，形成工件或者從工件中去掉材料。
根據(jù)本發(fā)明，由于上述結(jié)構(gòu)和效果，長(zhǎng)脈沖諧波激光光束可從一(㈠種固體激光器中產(chǎn)生。另外，高功率長(zhǎng)脈沖諧波激光光束可穩(wěn)定得到，同時(shí)具有高波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率。


本發(fā)明的上述和其他目的、方面、特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合附圖從下面的詳細(xì)描述中更加清楚，其中圖1示出本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法的一個(gè)實(shí)施例；
圖2示出本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法的另一實(shí)施例；圖3示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的諧波脈沖激光裝置的主要部分的配置；圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的諧波脈沖激光裝置的主要部分的配置；圖5示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的諧波脈沖激光裝置的主要部分的配置；圖6示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光焊接裝置的配置；圖7示出根據(jù)本方明另一實(shí)施例的激光焊接裝置的配置；以及圖8示出根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的激光焊接裝置的配置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1示出本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法的一個(gè)實(shí)施例。該方法采用在II型相匹配角上切割的KTP晶體10并且用II型相匹配實(shí)現(xiàn)從基波到二次諧波的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。更具體的是，對(duì)KTP晶體10以橢圓極化(優(yōu)選為圓極化)或者隨機(jī)極化的形式由基波脈沖激光光束(如，1064nm)進(jìn)行入射，該基波脈沖激光光束是由固態(tài)脈沖激光器例如YAG脈沖激光器(未示出)產(chǎn)生的100μm或者更長(zhǎng)脈沖寬度(此后，稱作“長(zhǎng)脈沖”)的脈沖。然后，從入射光中僅將基波光的垂直極化光成分和水平極化光成分作為線性極化光傳輸?shù)終TP晶體10中。KTP晶體10與基波光耦合并且產(chǎn)生長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束SHG(532nm)，由于非線性光學(xué)效應(yīng)，該長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束SHG在與基波光的垂直極化光成分相同的方向上進(jìn)行線性極化。
在圖1的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法中，如果基波脈沖激光光束的極化分布具有偏斜或者各向異性，那么波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低并且二次諧波激光光束SHG的激光功率會(huì)降低或者波動(dòng)。
圖2示出本發(fā)明的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法的另一實(shí)施例。在該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法中，將僅在一個(gè)極化方向上允許光通過(guò)的極化元件12這樣放置，使得極化方向相對(duì)KTP晶體10的光軸形成45度的角度，并且KTP晶體10由極化元件12線性極化的長(zhǎng)脈沖基波脈沖激光光束進(jìn)行入射。作為極化元件12，例如可使用極化器或者Brewster板。KTP晶體10可在II型相匹配的角度上進(jìn)行切割。根據(jù)設(shè)置成極化元件12的極化方向相對(duì)KTP晶體10的光軸形成45度的角度的配置，由于非線性光學(xué)效應(yīng)受兩(2)種等強(qiáng)度基波光成分的影響，該兩種等強(qiáng)度基波光成分在KTP晶體10的坐標(biāo)系上明顯為正交，因此可以進(jìn)行高效率II型波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換并且可產(chǎn)生穩(wěn)定且高功率長(zhǎng)脈沖的二次諧波脈沖激光光束。
然后，參考圖3到圖5，描述用于本發(fā)明實(shí)施例中的諧波脈沖激光裝置的基本配置(特別是，諧振器配置)。
第一實(shí)施例圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的諧波脈沖激光裝置的主要部分的配置。該裝置具有折疊的或者三角形形式的光諧振器。更特別的是，將三(3)個(gè)鏡20，22，24設(shè)置成三角形；固態(tài)激光器活性介質(zhì)，例如NdYAG桿26設(shè)置在中間鏡22和一個(gè)端鏡20之間的光徑上；并且KTP晶體10處在中間鏡22和另一個(gè)端鏡24之間的光徑上。兩個(gè)端鏡20和24均為相對(duì)基波波長(zhǎng)(如，1064nm)具有高反射率的光諧振器鏡，并且通過(guò)中間鏡22互相光學(xué)相對(duì)設(shè)置。中間鏡22是諧波分離輸出鏡，用于將二次諧波脈沖激光光束輸出到諧振器外部。
活性介質(zhì)26由電光激勵(lì)單元30進(jìn)行光學(xué)泵送。電光激勵(lì)單元30具有激勵(lì)光源(如激勵(lì)燈或者激光二極管)，用于向活性介質(zhì)26產(chǎn)生激勵(lì)光，并且通過(guò)照明和驅(qū)動(dòng)具有長(zhǎng)脈沖激勵(lì)電流的激勵(lì)光源，活性介質(zhì)26在長(zhǎng)脈沖期間連續(xù)泵送。
從一個(gè)端鏡20反射的基波波長(zhǎng)光束被傳輸通過(guò)活性介質(zhì)26并且入射諧波分離輸出鏡22。諧波分離輸出鏡22的主表面22a用相對(duì)1064nm具有高反射率的薄膜覆蓋，基波波長(zhǎng)光束由該反射薄膜反射、通過(guò)KTP晶體10傳輸并且入射另一個(gè)端鏡24。然后，從另一個(gè)端鏡24反射的基波光束通過(guò)KTP晶體10傳輸，入射諧波分離輸出鏡22，再次被反射并且返回到活性介質(zhì)26，傳輸通過(guò)活性介質(zhì)26并且入射一個(gè)端鏡20。以這種方式，由活性介質(zhì)26產(chǎn)生的基波波長(zhǎng)光束在兩個(gè)端鏡(光諧振器鏡)22和24之間通過(guò)諧波分離輸出鏡22被限定和放大。
KTP晶體10與由光諧振器激勵(lì)的基波模式光耦合，并且由于與長(zhǎng)脈沖基波波長(zhǎng)的非線性交互作用而產(chǎn)生長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束SHG。諧波分離輸出鏡22的主表面22a用不反射532nm的薄膜覆蓋，并且當(dāng)諧波分離輸出鏡22由來(lái)自KTP晶體10的二次諧波光束SHG入射時(shí)，光束通過(guò)鏡22傳輸并且輸出到諧振器外部。同樣，端鏡24的主表面24a用相對(duì)532nm具有反射率的薄膜覆蓋，并且來(lái)自KTP晶體10的二次諧波光束SHG由端鏡24進(jìn)行反射。然后，由端鏡24反射的二次諧波光束SHG通過(guò)諧波分離輸出鏡22傳輸以輸出到外部。根據(jù)該實(shí)施例執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
脈沖激光功率10.3W @ 10KHz穩(wěn)定性±0.25％rms1.74％pp響應(yīng)2.5秒以這種方式，對(duì)于激光功率、穩(wěn)定性以及響應(yīng)的每個(gè)均得到實(shí)際足夠的結(jié)果。然而，由于諧振器具有三角形或者L型配置，所以其特性是占地面積大。
第二實(shí)施例圖4示出了根據(jù)另一實(shí)施例的諧波脈沖激光裝置的主要部分的配置。在該裝置中，端鏡20，諧波分離輸出鏡22，活性介質(zhì)26以及KTP晶體10設(shè)置在同一直線上。更具體的是，活性介質(zhì)26設(shè)置在端鏡20附近，并且KTP晶體10設(shè)置在諧波分離輸出鏡22附近。端鏡20的主表面20a用相對(duì)基波(1064nm)具有高反射率的薄膜覆蓋。諧波分離輸出鏡22的主表面22a用相對(duì)基波(1064nm)具有高反射率的薄膜以及不反射二次諧波(532nm)的薄膜覆蓋。在KTP晶體10和活性介質(zhì)26之間，諧波鏡32面對(duì)諧波分離輸出鏡22設(shè)置，并且諧波鏡32的主表面32a用不反射基波(1064nm)的薄膜以及相對(duì)二次諧波(532nm)具有高反射率的薄膜覆蓋。
在該裝置配置中，由活性介質(zhì)26產(chǎn)生的基波光束在端鏡20和諧波分離輸出鏡22之間被限定和放大。以這種方式，諧波分離輸出鏡22也用作光諧振器鏡。KTP晶體10與由該光諧振器激勵(lì)的基波模式光耦合，并且由于與長(zhǎng)脈沖基波波長(zhǎng)的非線性交互作用而產(chǎn)生長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束SHG。當(dāng)來(lái)自KTP晶體10的二次諧波光束SHG入射諧波分離輸出鏡22時(shí)，二次諧波光束SHG通過(guò)鏡22傳輸并且輸出到諧振器外部。由諧波鏡32反射的二次諧波光束SHG返回到KTP晶體10，通過(guò)KTP晶體10傳輸，還通過(guò)諧波分離輸出鏡22傳輸并且輸出到諧振器外部。該裝置配置具有的優(yōu)點(diǎn)是占地面積可以更小。根據(jù)該實(shí)施例執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
脈沖激光功率10.3W @ 10KHz穩(wěn)定性±0.63％rms2.53％pp響應(yīng)在95％的上升時(shí)間為11.5秒以這種方式，盡管激光功率足夠，但作為一個(gè)特性是穩(wěn)定性和響應(yīng)低。
第三實(shí)施例圖5示出了根據(jù)另一實(shí)施例的諧波脈沖激光裝置的主要部分的配置。在該裝置中，端鏡20和24，諧波分離輸出鏡22，活性介質(zhì)26以及KTP晶體10設(shè)置在同一直線上。更特別的是，活性介質(zhì)26設(shè)置在端鏡20附近；KTP晶體10設(shè)置在端鏡24附近；并且諧波分離輸出鏡22設(shè)置在KTP晶體10和活性介質(zhì)26之間。然而，諧波分離輸出鏡22這樣設(shè)置使得相對(duì)諧振器的光軸形成傾斜角，如45度。諧波分離輸出鏡22的主表面，即，KTP晶體側(cè)面的表面22a用不反射基波波長(zhǎng)(1064nm)的薄膜以及相對(duì)二次諧波(532nm)具有反射率的薄膜進(jìn)行覆蓋。
在該裝置配置中，由活性介質(zhì)26產(chǎn)生的基波波長(zhǎng)光束在端鏡20和24之間被限定和放大。KTP晶體10與由該光諧振器激勵(lì)的基波模式光耦合，并且由于與長(zhǎng)脈沖基波波長(zhǎng)的非線性交互作用而產(chǎn)生長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束SHG。當(dāng)KTP晶體10的二次諧波光束SHG入射到諧波分離輸出鏡22時(shí)，二次諧波光束SHG在傾斜方向(相對(duì)諧振器光軸的正交方向)上被反射并且輸出到諧振器外部。由端鏡24反射的二次諧波光束SHG返回到KTP晶體10上，通過(guò)KTP晶體10傳輸，由諧波分離輸出鏡22進(jìn)行反射并且輸出到諧振器外部。該裝置配置還具有的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小。根據(jù)該實(shí)施例執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。
脈沖激光功率10.2W @ 10KHz穩(wěn)定性±0.29％rms2.07％pp響應(yīng)在95％的上升時(shí)間為3.5秒以這種方式，激光功率、穩(wěn)定性以及響應(yīng)中的每個(gè)都良好。換句話說(shuō)，占地面積與圖4的裝置結(jié)構(gòu)一樣小并且激光功率、穩(wěn)定性以及響應(yīng)相對(duì)圖3的裝置結(jié)構(gòu)均具有可比性。
在圖3到圖5的裝置配置中，如果應(yīng)用圖2的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方法，那么極化元件12可設(shè)置在諧振器內(nèi)光徑上的正確位置，如在活性介質(zhì)26和KTP10晶體之間。
然后，參考圖6到圖8，對(duì)于包括本發(fā)明的脈沖激光裝置的激光焊接裝置描述實(shí)施例。
第四實(shí)施例圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的激光焊接裝置的配置。該激光焊接裝置具有激光振蕩器40，該激光振蕩器40包括本發(fā)明的諧波脈沖激光裝置(圖5的實(shí)施例)的諧振器；激光電源單元44，提供電功率(或者激勵(lì)電流)給設(shè)置在激光振蕩器40內(nèi)的電光激勵(lì)單元30的激勵(lì)光源42；以及控制單元46，用于控制從激光電源44提供給激勵(lì)光源42的電功率。盡管工件W可為任何金屬，但當(dāng)材料W為銅、金或者鋁時(shí)尤其可得到巨大的好處。
在激光振蕩器40中，由諧波分離輸出鏡22輸出到諧振器外部的長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束SHG通過(guò)未示出的光系統(tǒng)(如，光纖、會(huì)聚透鏡等)在其光軸由彎曲鏡48進(jìn)行彎曲后照射到工件W上。在彎曲鏡48后面，設(shè)置感光元件或者相片傳感器用于接收泄漏到彎曲鏡48后部的諧波光，以便測(cè)量二次諧波脈沖激光光束SHG的激光輸出功率。測(cè)量電路52基于相片傳感器50的輸出信號(hào)產(chǎn)生代表二次諧波脈沖激光光束SHG的激光脈沖測(cè)量值的電信號(hào)(激光輸出功率測(cè)量信號(hào))。激光輸出功率測(cè)量信號(hào)被發(fā)送到此后描述的控制單元46的比較單元56上。該測(cè)量電路52可設(shè)置在任何位置，當(dāng)然，可設(shè)置在激光振蕩器40的外部。
作為激光電源單元44，可使用任意電源，只要可得到激勵(lì)光源的脈沖光。然而，優(yōu)選的激光電源單元44可任意控制脈沖波形。例如，激光電源單元44的配置可包括從具有商業(yè)頻率的交流電流中產(chǎn)生直流電流的直流電源單元，其在直流電源單元和激勵(lì)光源42之間連接開關(guān)元件，并且其使開關(guān)元件根據(jù)控制單元46的控制信號(hào)執(zhí)行高頻開關(guān)操作。
控制單元46包括設(shè)定單元54、比較單元56和控制信號(hào)發(fā)生單元58，以便執(zhí)行二次諧波脈沖激光光束的功率反饋控制。設(shè)定單元54依據(jù)給定的激光加工條件設(shè)定長(zhǎng)脈沖反饋控制的各種條件值、參考值等。比較單元56將測(cè)量電路52的激光功率測(cè)量值信號(hào)與來(lái)自設(shè)定單元54的參考脈沖波形設(shè)定值進(jìn)行比較以輸出表示比較誤差的誤差信號(hào)。控制信號(hào)發(fā)生單元58基于比較單元56的比較誤差，產(chǎn)生如脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法中的控制信號(hào)，并且用所產(chǎn)生的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)激光電源單元44內(nèi)的開關(guān)元件的開關(guān)控制。
在該實(shí)施例中，如果隨著時(shí)間的過(guò)去而退化，則在激光振蕩器40中將可能發(fā)生光未對(duì)準(zhǔn)或情況類似，工件W可由長(zhǎng)脈沖二次諧波激光光束進(jìn)行照射，該長(zhǎng)脈沖二次諧波激光光束具有已經(jīng)設(shè)定為執(zhí)行好的焊接處理的激光功率。
然而，當(dāng)KTP晶體10的方向(角度)變成未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，即使基波脈沖激光光束的激光功率正常，二次諧波脈沖激光光束SHG的激光功率將波動(dòng)或者減小。在這種情況下，如果SHG功率反饋工作得太強(qiáng)烈，那么基波脈沖激光光束的激光功率將過(guò)量增長(zhǎng)并且KTP晶體10會(huì)被破壞。
在該實(shí)施例中，提供輸入電功率監(jiān)視機(jī)構(gòu)60用于避免這些破壞性意外。該監(jiān)視機(jī)構(gòu)60例如由傳感器62以及測(cè)量從激光電源單元44提供給激勵(lì)光源的電功率的測(cè)量電路64，用于設(shè)定輸入電功率上限的上限設(shè)定單元66以及比較單元68組成。比較單元68將從測(cè)量電路64得到的輸入電功率測(cè)量值與上限設(shè)定單元66的輸入電功率上限值進(jìn)行比較，并且輸出表示兩值的主次關(guān)系(或者誤差)的比較結(jié)果。當(dāng)輸入電功率測(cè)量值超過(guò)或者可能超過(guò)上限時(shí)，可響應(yīng)比較單元68的輸出由設(shè)定單元54的軟件限制器或者激光電源單元44的硬件限制器對(duì)SHG功率反饋控制進(jìn)行限制。因?yàn)椴捎迷撦斎腚姽β时O(jiān)視機(jī)構(gòu)60的這些輸入電功率限制器功能，可防止由SHG反饋控制導(dǎo)致的KTP晶體10的不希望的損壞。代替輸入電功率，可使用監(jiān)視提供給激勵(lì)光源42的激勵(lì)電流或者電壓的配置。
第五實(shí)施例圖7示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的激光焊接裝置的配置。在該圖中，相同的標(biāo)記加到與圖6的激光焊接裝置基本相同的結(jié)構(gòu)或者功能的部分上。
在激光振蕩器40中，基波脈沖激光光束的激光功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)(十(10)倍或者更高地)高于二次諧波脈沖激光光束SHG的激光功率。在該實(shí)施例中，例如通過(guò)提供接收泄漏到端鏡20后部的基波光的感光元件或者相片傳感器70，基波脈沖激光光束的激光輸出功率利用測(cè)量電路72基于相片傳感器70的輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，并且將測(cè)量電路72的基波激光功率測(cè)量值信號(hào)反饋到比較單元56。根據(jù)這種基波功率反饋控制，由于基波脈沖激光光束的激光功率可被穩(wěn)定并且瞬時(shí)地控制，因此如果KTP晶體10具有異常，如輸入電功率、即提供給激勵(lì)光源42的電功率或者激勵(lì)電流并未增加并且不會(huì)發(fā)生二次故障。
然而，如果基波功率反饋控制正常工作，那么二次諧波脈沖激光光束SHG的功率可由KTP晶體10的角度異?；蛘邷囟确闯Ｔ斐僧惓２▌?dòng)。為了解決該問(wèn)題，在該實(shí)施例，提供SHG監(jiān)視單元74。在該SHG監(jiān)視單元74中，上限設(shè)定單元76和下限設(shè)定單元78分別設(shè)定二次諧波脈沖激光光束SHG的激光功率的上限和下限。比較單元80將從相片傳感器50以及測(cè)量電路52得到的SHG激光功率測(cè)量值進(jìn)行比較以輸出比較結(jié)果。當(dāng)SHG激光功率測(cè)量值超出或者會(huì)超出上限或者下限范圍之外時(shí)，基波功率反饋控制將經(jīng)歷設(shè)定單元54的軟件校正或者限制，或者執(zhí)行中止的動(dòng)作。
第六實(shí)施例圖8示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的激光焊接裝置的配置。在該圖中，相同的標(biāo)記加到與圖6和圖7的激光焊接裝置基本相同的配置或者功能的部分上。
在該實(shí)施例中，同樣提供基波功率反饋機(jī)構(gòu)，其與圖7的實(shí)施例類似。然而，SHG監(jiān)視單元82具有平均值計(jì)算電路84以及偏移值計(jì)算電路86。另外，在反饋控制系統(tǒng)中，偏移值校正電路88設(shè)置在設(shè)定單元54和比較單元56之間。平均值計(jì)算電路84得出任何時(shí)間段上從相片傳感器50和測(cè)量電路52得到的SHG激光功率測(cè)量值的平均值。偏移值計(jì)算電路86找出在平均值計(jì)算電路84中得到的SHG激光功率平均值和SHG激光功率的期望設(shè)定值(或者前一個(gè)平均值)之間差或者偏移值±α。該偏移值±α作為控制偏移值反饋到基波功率反饋機(jī)構(gòu)的控制單元中。
在該分案中，再次在執(zhí)行基波功率反饋控制的同時(shí)，如果二次諧波脈沖激光光束SHG的激光功率由于各種過(guò)時(shí)如角度異常、溫度改變或者被燃燒涂層而下降時(shí)，通過(guò)SHG監(jiān)視單元82可適時(shí)地施加恰當(dāng)?shù)男Ｕ?br> 盡管上述實(shí)施例主要涉及激光焊接，但本發(fā)明可應(yīng)用到其他物理加工中，如激光彎曲處理、激光熱處理等物理加工，并且優(yōu)選為激光應(yīng)用需要加熱的廣泛變化中。
盡管已經(jīng)在此詳細(xì)描述本發(fā)明的示意性以及當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，但可以理解本發(fā)明原理可進(jìn)行各種具體化以及應(yīng)用并且所附權(quán)利要求旨在構(gòu)成包括現(xiàn)有技術(shù)迄今限定的各種變形。
權(quán)利要求
1.一種諧波脈沖激光裝置，包括固態(tài)激光器，產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更高的脈沖寬度；以及KTP(KTiOPO4)晶體，將基波脈沖激光光束入射其中以便產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束的頻率是基波脈沖激光光束頻率的兩(2)倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的諧波脈沖激光裝置，其中，固態(tài)激光器包括從由Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4以及Yb:YAG組成的組中選擇的活性介質(zhì)以及用于泵送活性介質(zhì)的激勵(lì)單元。
3.權(quán)利要求1的諧波脈沖激光裝置，其中，將僅僅允許光線在一個(gè)極化方向上通過(guò)的極化元件設(shè)置在基波脈沖激光光束的光徑上，使得極化方向相對(duì)KTP晶體的光軸形成45度的角度，并且其中，為KTP晶體入射由極化元件線性極化的基波脈沖激光光束。
4.權(quán)利要求1的諧波脈沖激光裝置，其中，KTP晶體在II型相匹配配置的條件下被切割。
5.一種諧波脈沖激光裝置，包括光諧振器，具有相互光學(xué)相對(duì)設(shè)置的第一和第二端鏡；設(shè)置在光諧振器的光徑上的活性介質(zhì)；激勵(lì)單元，泵送活性介質(zhì)以產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；KTP晶體，設(shè)置在光諧振器的光徑上以產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束兩(2)倍的頻率；以及諧波分離輸出鏡，設(shè)置在光諧振器的光徑上，其中，諧波分離輸出鏡將基波脈沖激光光束限定在光諧振器的光徑上，并且將二次諧波脈沖激光光束提供到光諧振器的光徑外部。
6.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，將活性介質(zhì)設(shè)置在第一端鏡附近并且將KTP晶體設(shè)置在第二端鏡附近，其中，第一端鏡朝向活性介質(zhì)反射基波脈沖激光光束，并且其中，第二端鏡朝向KTP晶體反射基波脈沖激光光束和二次諧波脈沖激光光束。
7.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，活性介質(zhì)和KTP互相排列在同一直線上。
8.權(quán)利要求7的諧波脈沖激光裝置，其中，將諧波分離輸出鏡在活性介質(zhì)和KTO晶體之間相對(duì)光諧振器的光徑傾斜設(shè)置，該諧波分離輸出鏡允許基波脈沖激光光束傳輸通過(guò)其中并且朝向預(yù)定方向反射二次諧波脈沖激光光束。
9.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，第一端鏡、第二端鏡和諧波分離輸出鏡設(shè)置成三角形，其中，活性介質(zhì)設(shè)置在第二端鏡和諧波分離輸出鏡之間，其中，KTP晶體設(shè)置在第一端鏡和諧波分離輸出鏡之間，并且其中，諧波分離輸出鏡反射基波脈沖激光光束并且允許二次諧波脈沖激光光束通過(guò)其中傳輸。
10.一種諧波脈沖激光裝置，包括光諧振器，具有相互光學(xué)相對(duì)設(shè)置的端鏡和諧波分離輸出鏡；設(shè)置在光諧振器的光徑上的端鏡附近的活性介質(zhì)；激勵(lì)單元，用于光學(xué)泵送活性介質(zhì)以便產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；以及設(shè)置在光徑上的諧波分離輸出鏡附近的KTP晶體，以便產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束兩(2)倍的頻率，其中，該諧波分離輸出鏡將基波脈沖激光光束限定在光諧振器的光徑上并且將二次諧波脈沖激光光束提供到光諧振器光徑的外部。
11.權(quán)利要求10的諧波脈沖激光裝置，還包括設(shè)置在活性介質(zhì)和KTP晶體之間的諧波鏡，該諧波鏡允許基波脈沖激光通過(guò)其中傳輸并且反射二次諧波激光光束。
12.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，活性介質(zhì)從由Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4以及Yb:YAG組成的組中進(jìn)行選擇。
13.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，將僅僅允許光線在一個(gè)極化方向上通過(guò)的極化元件設(shè)置在光諧振器的光徑上，使得極化方向相對(duì)KTP晶體的光軸形成45度的角度，并且其中，為KTP晶體入射由極化元件線性極化的基波脈沖激光光束。
14.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，KTP晶體在II型相匹配配置的條件下被切割。
15.權(quán)利要求5的諧波脈沖激光裝置，其中，激勵(lì)單元包括激勵(lì)光發(fā)生單元，產(chǎn)生光學(xué)泵送活性介質(zhì)的激勵(lì)光；激光電源單元，提供電功率，用于使得激勵(lì)光發(fā)生單元產(chǎn)生激勵(lì)光；以及控制單元，用于控制從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率。
16.權(quán)利要求15的諧波脈沖激光裝置，其中，激勵(lì)光發(fā)生單元從由激勵(lì)燈和激光二極管組成的組中進(jìn)行選擇。
17.權(quán)利要求15的諧波脈沖激光裝置，其中，激光電源單元包括輸出直流電流的直流電源以及連接在直流電源和激勵(lì)光發(fā)生單元之間的開關(guān)元件，并且其中，通過(guò)使開關(guān)元件在對(duì)應(yīng)于基波脈沖激光光束脈沖寬度的期間執(zhí)行高頻開關(guān)動(dòng)作，激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元脈沖電功率。
18.權(quán)利要求15的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元將控制信號(hào)提供給激光電源單元，該控制信號(hào)使得開關(guān)元件執(zhí)行開關(guān)操作。
19.權(quán)利要求18的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元產(chǎn)生脈沖寬度控制方法中的控制信號(hào)。
20.權(quán)利要求18的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元包括用于測(cè)量二次諧波脈沖激光光束的激光輸出功率的諧波激光輸出功率測(cè)量單元，并且其中，控制單元通過(guò)反饋從諧波激光輸出功率測(cè)量單元得到的激光輸出功率測(cè)量值產(chǎn)生控制信號(hào)。
21.權(quán)利要求15的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元包括上限設(shè)定單元，用于設(shè)定從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率、電流和電壓組成的組中選擇的某個(gè)參數(shù)的期望上限；參數(shù)測(cè)量單元，用于測(cè)量參數(shù)；以及第一比較單元，用于將從參數(shù)測(cè)量單元中得到的參數(shù)測(cè)量值與該上限進(jìn)行比較，并且其中，控制單元基于第一比較單元的比較結(jié)果，控制從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率。
22.權(quán)利要求18的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元包括基波激光輸出功率測(cè)量單元，用于測(cè)量基波脈沖激光光束的激光輸出功率，并且其中，控制單元通過(guò)反饋從基波激光輸出功率測(cè)量單元得到的激光輸出功率測(cè)量值而產(chǎn)生控制信號(hào)。
23.權(quán)利要求22的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元包括極限值設(shè)定單元，設(shè)定二次諧波脈沖激光光束的激光輸出功率的期望上限和期望下限中的至少一個(gè)作為極限值；諧波激光輸出功率測(cè)量單元，測(cè)量二次諧波脈沖激光光束的激光輸出功率；以及第二比較單元，用于將從諧波激光輸出功率測(cè)量單元得到的激光輸出功率測(cè)量值與該極限值進(jìn)行比較，并且其中，控制單元基于第二比較單元的比較結(jié)果，控制從激光電源單元提供給激勵(lì)光發(fā)生單元的電功率。
24.權(quán)利要求22的諧波脈沖激光裝置，其中，控制單元包括參考值設(shè)定單元，設(shè)定二次諧波脈沖激光光束的激光輸出功率的期望參考值；諧波激光輸出功率測(cè)量單元，測(cè)量二次諧波脈沖激光光束的激光輸出功率；激光輸出功率平均值計(jì)算單元，找出從諧波激光輸出功率測(cè)量單元中得到的激光輸出功率測(cè)量值的時(shí)間平均值；以及偏移值計(jì)算單元，找出從激光輸出功率平均值計(jì)算單元中得到的激光輸出功率平均值和參考值之間的差作為偏移值，并且其中，控制單元依據(jù)該偏移值校正控制信號(hào)。
25.權(quán)利要求1的諧波脈沖激光裝置，其中，工件由二次諧波脈沖激光光束進(jìn)行焊接。
26.權(quán)利要求1的諧波脈沖激光裝置，其中，激光裝置用二次諧波脈沖激光光束在工件中產(chǎn)生熱，以實(shí)現(xiàn)工件材料特性的改變、形成工件或者從工件中去掉材料。
27.一種產(chǎn)生諧波脈沖激光光束的方法，包括步驟激勵(lì)固態(tài)激光器的活性介質(zhì)以產(chǎn)生具有基波頻率的基波脈沖激光光束，該基波頻率具有100μs或者更長(zhǎng)的脈沖寬度；以及將基波脈沖激光光束施加到KTP晶體上以產(chǎn)生二次諧波脈沖激光光束，該二次諧波脈沖激光光束具有基波脈沖激光光束兩(2)倍的頻率。
28.權(quán)利要求27的方法，其中，活性介質(zhì)從Nd:YAG，Nd:YLF，Nd:YVO4以及Yb:YAG組成的組中選擇。
29.權(quán)利要求28的方法，其中，將僅僅允許光線在一個(gè)極化方向上通過(guò)的極化元件設(shè)置在基波脈沖激光光束的光徑上，使得極化方向相對(duì)KTP晶體的光軸形成45度的角度，并且其中，為KTP晶體入射由極化元件線性極化的基波脈沖激光光束。
30.權(quán)利要求27的方法，其中，KTP晶體在II型相匹配配置的條件下被切割。
全文摘要
一種KTP晶體由長(zhǎng)脈沖基波脈沖激光光束進(jìn)行照射，該基波脈沖激光光束具有100μs或者更高的脈沖寬度，并且通常從固態(tài)脈沖激光器如YAG脈沖激光器中輸出。在該KTP晶體中，執(zhí)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生具有兩倍高頻率的二次諧波脈沖激光光束，其中長(zhǎng)脈沖二次諧波脈沖激光光束又被輸出以用于激光處理如焊接等。
文檔編號(hào)G02F1/355GK1645690SQ20051005183
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者中山伸一, 長(zhǎng)嶋崇弘, 加瀬純平 申請(qǐng)人:宮地技術(shù)株式會(huì)社