專利名稱：利用切換式工作避免損傷材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用切換式工作避免損傷的光學(xué)材料的方法。
技術(shù)背景激光技術(shù)中采用的光學(xué)材料在長時間連續(xù)工作的情況下，面臨著嚴(yán)重的損傷問題。 尤其是對于大功率固體激光器、激光放大器的激光材料、非線性材料等，如何有效防 止材料及其表面鍍膜的損傷，成為激光技術(shù)領(lǐng)域中的一個重要課題。材料能承受的最大光功率密度稱為損傷閾值，但是損傷閥值一般是在短時間連續(xù)工 作下測定的。比如，在T.Kamimura，R.Ono,Y.K.Yap,M.Yoshimura等人在"Investigation of bulk laser damage in Borate crystals for high-power all solid-state UV lasers"(SPIE Vol.4347,2001)中提到，用266nrn、 0.75ns的激光脈沖實(shí)驗(yàn)，CLBO非線性材料的損傷閾值為25.4GGM/cm2，但是測定該閾值的實(shí)驗(yàn)時間只有10分鐘。所以，即使損傷閾值較大，并不代表在實(shí)際需要的長時間工作情況下材料能保持穩(wěn)定的輸出。實(shí)際工作中的激光材料和非線性材料的損傷特性一般是用在特定的輸入功率密度 下，輸出功率能不產(chǎn)生明顯變化的連續(xù)工作時間來衡量的。Coherent公司的Charles X, Gary Y.Wang， Acle V.Hicks等人在"High power Q-switched TEM00 mode diode-pumped solid state laser with>30W output power at 355nm"(Proc. of SP正Vol.6100， 2006)中提到， 用于三倍頻的LBO材料，在輸出100kHz、 21W——24W的355nm紫外光時，輸出功 率衰減2%的工作時間大約為300——400小時。Novatec Corporation的Ming Lai， Shui Lai， Zhitning Ou在US5825562 "Method of continuous motion for prolong usage of optical elements under the irradiation of intensive laserbeams"中利用機(jī)械移動裝置，使材料按照特定的方式連續(xù)移動，從而增大了激光 對材料的作用面積和體積，減短了局部連續(xù)通光的時間，從而降低損傷，延長材料使 用壽命。Coherent公司的Charles X， Gary Y.Wang, Acle V.Hicks等人在"High powerQ-switched TEM00 mode diode-pumped solid state laser with 〉30W output power at 355nrn" ( Proc. of SPIE Vol.6100(2006))中，提及與US5825562種類似的避免材料損 傷的方法使用自動移動材料的裝置，切換材料入射面上的通光位置，減短局部連續(xù) 通光時間。使用上述的兩種方法，需要采用大體積、大面積的材料。然而，材料的成本高，并 且， 一旦材料局部出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，整塊材料都需要被更換。所以，在實(shí)際使用中維護(hù) 這種大材料的成本過高。 發(fā)明內(nèi)容為了避免材料的損傷問題，本發(fā)明使用機(jī)械移動裝置將多個材料輪流移動到光路中 工作，以縮短每個材料連續(xù)工作的時間，從而避免了嚴(yán)重的材料損傷，同時也保證了 持續(xù)、穩(wěn)定的光輸出。本發(fā)明提供的利用切換式工作避免損傷材料的方法，是利用兩個或多個相同的材料以及一個移動所述材料的機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)該方法如下 一個材料在光路中工作一定時間后，由 機(jī)械裝置帶動材料發(fā)生定向的移動，將工作的材料移出光路，下一個材料進(jìn)入光路繼續(xù)工 作，即使用機(jī)械移動裝置將多個材料輪流移動到光路中工作，以縮短每個材料連續(xù)工作的 時間，從而避免了嚴(yán)重的材料損傷，同時也保證了持續(xù)、穩(wěn)定的光輸出。所述材料包含一個入射面， 一個出射面，該入射面和出射面鍍有對材料中所通的光增 透的膜系。所述材料為非線性光學(xué)材料、作為激光增益介質(zhì)的激光材料，或者易發(fā)生光學(xué)損傷的 光學(xué)元器件。所述非線性光學(xué)材料包括KTP、 KDP 、 LBO、 BBO、 CLBO，激光增益介質(zhì)的激光材 料包括Nd:YAG、 Nd:YV04、 Nd:YLF、 Er:YAG。所述材料有多種排列方式，從而相應(yīng)地決定了機(jī)械裝置移動材料的多種方式。 所述機(jī)械裝置的移動控制為自動控制或人為控制。 所述機(jī)械裝置的控制材料切換的時間為人工控制或利用反饋系統(tǒng)控制。本發(fā)明的有益效果由于本發(fā)明采用多個材料輪流工作，取代單個材料長期連續(xù)工 作，從而避免了材料損傷，保證連續(xù)、穩(wěn)定的光輸出。并且，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā) 明并不需要采用大體積、大面積的材料，從而進(jìn)一步降低了材料的成本，在實(shí)際使用中維護(hù)材料的成本也相應(yīng)的降低了。


圖1為簡單的單材料工作情況示意圖； 圖2為雙材料輪流工作的裝置示意圖； 圖3為多材料輪流工作的裝置示意圖；圖4為本發(fā)明另一種形式的多材料輪流工作的裝置示意圖。圖1至圖4中，l是光路，2是帶動材料移動的機(jī)械裝置，3是材料移動的方向，4、 5、 6、 7、 8是材料，既可以是激光材料，也可以是非線性材料，或玻璃等其他光學(xué)元器件， 且其入射、出射表面可鍍增透膜。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明了，下面參照附圖結(jié)合具體實(shí)施對本發(fā)明作進(jìn)一 步的詳細(xì)說明。圖1至圖4中，l是光路，2是帶動材料移動的機(jī)械裝置，3是材料移動的方向，4、 5、 6、 7、 8是材料，既可以是激光材料，也可以是非線性材料，或玻璃等其他光學(xué)元器件， 且其入射、出射表面可鍍增透膜。圖2中，切換材料時的移動方向和通光方向垂直； 圖3中，切換材料時的移動方向和通光方向垂直； 圖4中，切換材料時的移動形式為繞軸轉(zhuǎn)動。圖1是為簡單的單材料工作情況示意圖；將材料4放置在光路中，通光的時間可人為控制或者依賴反饋檢測系統(tǒng)控制，至等到時 間滿，將材料從光路中移出。實(shí)施例一如圖2所示的兩個材料切換工作的設(shè)計(jì)方式中，材料4和材料5并列放置，并且都固定 在機(jī)械裝置2上，機(jī)械裝置2的移動控制可以是自動的，也可以是人為的。當(dāng)材料4在光路l中工作一段時間后，由機(jī)械裝置2帶動，沿垂直于光路的方向移動適當(dāng)距離，將材料 5切換到光路中，材料5在光路中工作一段時間后，將材料4切換到光路中，依此進(jìn)行， 材料4和5輪流工作。切換時間的選取可以由人工控制裝置2，也可以利用一個反饋系統(tǒng)， 用以實(shí)時監(jiān)測輸出光功率的變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸出光有明顯衰減(2%左右的衰減)時，發(fā)送反 饋信號，控制機(jī)械裝置2移動，以切換進(jìn)入光路中工作的材料。 實(shí)施例二-如圖3所示的多個材料切換工作的設(shè)計(jì)方式下，用以輪流切換的材料數(shù)量更多。材料4、 材料5、材料6、材料7、材料8并列放置，并且都固定在機(jī)械裝置2上。當(dāng)材料4在光路 1中工作一段時間后，由機(jī)械裝置2帶動，沿垂直于光路的方向移動適當(dāng)距離，將材料5 切換到光路中，材料5在光路中工作一段時間后，將材料6切換到光路中，依此進(jìn)行，接 下來輪到材料7、 8依次進(jìn)入光路中工作。然后又輪到材料工作4了。其切換時間的控制方 式和實(shí)施例一一樣，可以人工控制，也可以依賴反饋檢測系統(tǒng)控制。實(shí)施例三如圖4所示的設(shè)計(jì)方式中，機(jī)械裝置2繞中心軸轉(zhuǎn)動，將固定于其四個面上的四個材 料4、 5、 6、 7依次切換到光路中工作。與實(shí)施例一和實(shí)施例二的區(qū)別在于其切換材料時， 機(jī)械裝置2不進(jìn)行水平運(yùn)動，而是繞其與光路平行的中心軸轉(zhuǎn)動90度，以切換到下一個材 料。以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明在不脫離其精神和本 質(zhì)特征前提下，可以有多種具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)理解上述實(shí)施例并不限于上述的任何細(xì)節(jié)， 而應(yīng)該在所附權(quán)利要求所定義的精神和范圍內(nèi)被廣泛地解釋，因此，所有落在權(quán)利要求的 邊界和范圍內(nèi)的或者與這些邊界和范圍等價的變化和修改都試圖包含在附加權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.利用切換式工作避免損傷材料的方法，其特征在于，利用兩個或兩個以上相同的材料以及一個移動所述材料的機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)該方法如下一個材料在光路中工作一定時間后，由機(jī)械裝置帶動材料發(fā)生定向移動，將工作的材料移出光路，下一個材料進(jìn)入光路繼續(xù)工作，即使用機(jī)械移動裝置將多個材料輪流移動到光路中工作，以縮短每個材料連續(xù)工作的時間，從而避免了嚴(yán)重的材料損傷，同時也保證了持續(xù)、穩(wěn)定的光輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料包含一個入射面， 一個出射面， 該入射面和出射面鍍有對材料中所通的光增透的膜系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料為非線性光學(xué)材料、作為激光 增益介質(zhì)的激光材料，或者易發(fā)生光學(xué)損傷的光學(xué)元器件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述非線性光學(xué)材料包括KTP、 KDP 、 LBO、 BBO、 CLBO，作為激光增益介質(zhì)的激光材料包括Nd:YAG、 Nd:YV04、 Nd:YLF、 Er:YAG。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料有多種排列方式，從而相應(yīng)地 決定了機(jī)械裝置移動材料的多種方式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)械裝置的移動控制為自動控制或 人為控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)械裝置的控制材料切換的時間為 人工控制或利用反饋系統(tǒng)控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域的一種利用切換式工作避免損傷材料的方法。該方法的實(shí)現(xiàn)是利用多塊相同的工作材料，一個固定并帶動光學(xué)材料按照定向移動的機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及特定的移動控制方式。本發(fā)明中的某個材料在光路中工作一定時間后，由機(jī)械裝置帶動材料發(fā)生特定方向的移動，將工作的材料移出光路，下一個材料進(jìn)入光路繼續(xù)工作。由于采用多個材料輪流工作，取代單個材料長期連續(xù)工作，從而避免了材料損傷，保證連續(xù)、穩(wěn)定的光輸出。
文檔編號G02F1/35GK101221339SQ20081005674
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者鞏馬理, 張海濤, 晨 李, 強(qiáng) 柳, 平 閆, 磊 黃, 雪 黃 申請人:清華大學(xué)