專利名稱：：一種多路激光合光路系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多路激光合光路系統(tǒng)，屬于激光
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景自從固體脈沖激光器問世以來，激光輸出的平均功率越來越高。如閃光燈泵浦的Nd:YAG固體激光器可以產(chǎn)生上萬瓦的平均功率，而用閃光燈泵浦的Cr,Tm,Ho:YAG固體激光器可以產(chǎn)生的平均功率僅僅上百瓦(國外文獻報道單根Cr,Tm,Ho:YAG晶體組成的激光器產(chǎn)生的平均功率約30瓦)。Cr,Tm，H(KYAG晶體的熱透鏡效應顯著，泵浦能量和重復頻率受到一定的限制。Nd:YAG晶體可以采用腔內(nèi)級聯(lián)的方式來提高輸出功率，美國專利(公開No.5,999，555)提出采用多路Ho:YAG激光合光路裝置，如圖4所示。其中16為全反鏡，18為輸出鏡。11、12、13、14為四個聚光腔，每一路發(fā)射的激光通過凹面鏡38和平面鏡40，聚焦光束到可旋轉(zhuǎn)的楔形鏡42上，再通過楔形鏡的轉(zhuǎn)動將四路激光按出光先后，順序聚焦到耦合透鏡35，最后經(jīng)光纖37輸出。為控制激光器輸出能有效耦合進光纖37中，電機采用伺服電機，轉(zhuǎn)一圈需要100ms(每路電源工作在重頻10Hz情況下)，要求該伺服電機轉(zhuǎn)一圈啟停四次，每次轉(zhuǎn)動時間為20ms，接著停5ms，然后繼續(xù)循環(huán)下去。停止時檢測到該停止的位置后，給微處理器信號，然后微處理器給激光電源送觸發(fā)信號，使激光出光。接著下一路激光出光，四路激光出光完畢后，程序重新開始。美國專利中提出的方法，四路激光共用一個楔形鏡且通過伺服電機的啟停實現(xiàn)合光路，存在如下缺陷對伺服電機的啟停位置要求嚴格，而且一圈內(nèi)要實現(xiàn)四次反復啟停，容易降低電機的壽命；裝置的成本高，四路激光在空間實現(xiàn)合光路，對楔形鏡的安裝提出了較高的要求，而且四路激光之間是彼此相關(guān)的，不利于光路的調(diào)節(jié)。但本專利提出的采用平面多路激光器合光路的方法，較好地解決了原有技術(shù)存在的缺陷，通過固定全反鏡和步進電機轉(zhuǎn)軸上帶動的全反鏡的共同作用，實現(xiàn)平面多路激光合光束；多個光路之間彼此獨立，利于調(diào)節(jié)；而且成本大大降低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種多路激光合光路系統(tǒng)，此系統(tǒng)在不改變每路激光輸出的前提下，通過合光路方法，可成倍提高激光的輸出功率。該方法較好地解決了原有技術(shù)存在的缺陷。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種多路激光合光路方法，采用平面結(jié)構(gòu)，如圖1所示，將諧振腔、轉(zhuǎn)盤、步進電機、全反鏡固定在一個平臺上；按照設(shè)定的程序，控制系統(tǒng)控制激光電源并使諧振腔中的激光輪流出光，同時控制系統(tǒng)控制步進電機驅(qū)動器并帶動電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生合光束激光；多個光路之間彼此獨立，利于調(diào)節(jié)。本發(fā)明的一種多路激光合光路裝置，包括激光電源、諧振腔、轉(zhuǎn)盤、步進電機、步進電機驅(qū)動器、45"全反鏡、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；其中諧振腔由聚光腔、激光晶體、氙燈及不同腔鏡組成，聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷緊包腔，如圖6所示；各部件的連接關(guān)系依光路的走向，第一路激光的光束軌跡為諧振腔l、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3;第二路激光的光束軌跡為諧振腔2、轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3;第三路激光的光束軌跡為諧振腔3、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3;第四路激光的光束軌跡為諧振腔4、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤3;最終通過耦合系統(tǒng)進入光纖，完成四路激光光束的合光路。本發(fā)明的控制系統(tǒng)，如圖2所示，分別控制激光電源、步進電機驅(qū)動器以及冷卻系統(tǒng)。程序框圖如圖7所示。系統(tǒng)供電后，按不同的按鍵設(shè)定相應的頻率，當步進電機加速到指定頻率后保持恒速轉(zhuǎn)動，等待激光電源的放電信號，當放電信號起作用后，多路激光輪流出光;當停止鍵按下后，激光電源停止放電，同時步進電機逐漸減速并停止到啟動位置。本發(fā)明的轉(zhuǎn)盤，如圖3所示，包括軸孔、全反鏡、槽形；其中轉(zhuǎn)盤正中間位置上有一軸孔，用于安裝步進電機的轉(zhuǎn)軸，并通過螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上；軸孔正下方有一不透圓孔，用于安裝全反射鏡片；軸孔正上方有一槽形，為規(guī)則形狀，保證整個轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)動過程中，激光能夠從槽形通過。本發(fā)明所述的諧振腔中的激光晶體可以是Cr,Tm，Ho:YAG晶體，也可以是其它熱透鏡效應顯著的晶體。本發(fā)明的有益效果是多路激光合光路系統(tǒng)通過平面結(jié)構(gòu)，完成多路激光成合光路。對于熱透鏡效應顯著，同時泵浦能量和重復頻率受限的晶體，可通過此方法實現(xiàn)輸出平均功率成倍增加，從而具有更廣闊的應用前景。圖l一本發(fā)明光路系統(tǒng)示意圖，其中1一45°全反鏡，2—轉(zhuǎn)盤1，3—步進電機1，4一步進電機2，5—轉(zhuǎn)盤2，6—步進電機3，7一轉(zhuǎn)盤3，8—耦合透鏡；圖2—本發(fā)明控制系統(tǒng)示意圖，其中l(wèi)一轉(zhuǎn)盤l，2—步進電機1，3—轉(zhuǎn)盤2，4一步進電機2，5—轉(zhuǎn)盤3，6—步進電機3;圖3—本發(fā)明中轉(zhuǎn)盤示意圖，其中l(wèi)一軸孔，2—全反鏡；圖4一美國專利示意；圖5—轉(zhuǎn)盤起始位置示意圖，其中5—1為倒向，5—2為正向，5—3為左轉(zhuǎn)橫向；圖6—本發(fā)明的諧振腔示意圖，其中l(wèi)一平面鏡，2—聚光腔，3—凸面鏡；圖7—本發(fā)明的程序框圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。以四路激光合光路系統(tǒng)為例來說明本發(fā)明的思想。四路激光合光路系統(tǒng)包括下列部件(1)激光電源，為可輸出四路的脈沖激光電源，提供每個激光器工作時需要的泵浦能量；(2)諧振腔，為四個單獨的諧振腔，其中聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷緊包腔，諧振腔腔型采用平凸腔。(3)步進電機，共三個。(4)驅(qū)動器，共三個，驅(qū)動相應的步進電機工作。(5)轉(zhuǎn)盤，共三個，在上面安裝全反鏡，實現(xiàn)光路的偏轉(zhuǎn)。(6)冷卻系統(tǒng)，為整個裝置提供水循環(huán)，起到保護晶體和聚光腔的作用。(7)45('全反鏡，共三個，實現(xiàn)光路的45°偏轉(zhuǎn)。(8)控制系統(tǒng)，控制激光電源和步進電機按照設(shè)定的時序工作。本發(fā)明如圖1所示，整個系統(tǒng)固定在一個平臺上。諧振腔由諧振腔1、諧振腔2、諧振腔3、諧振腔4組成，其中聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷緊包腔，諧振腔腔型采用平凸腔。諧振腔固定在平臺上。當激光電源供電時，立即啟動冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)激光電源加到四個諧振腔中氤燈上的泵浦能量，且滿足諧振腔出光狀態(tài)時，激光器出光。同時控制系統(tǒng)通過激光電源的外控接口，控制激光電源按照一定的重復頻率工作。45°全反鏡固定在一個45°的套筒上，套筒固定在二維調(diào)整架上，二維調(diào)整架相對于平臺也可以移動，增加調(diào)整的自由度。轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2及轉(zhuǎn)盤3分別固定在相應的步進電機1、步進電機2、步進電機3的轉(zhuǎn)軸上，步進電機首先固定在一個底座上，然后通過底座固定在平臺上。轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2及轉(zhuǎn)盤3的結(jié)構(gòu)如圖3所示。步進電機l、步進電機2、步進電機3分別與驅(qū)動器1、驅(qū)動器2、驅(qū)動器3相連。步進電機為兩相混合式步進電動機42系列，型號為42BYG250A-SASSML-0151,配套的驅(qū)動器為兩相混合式步進電動機細分驅(qū)動器SH-20402A，驅(qū)動電壓為24VDC，選擇四細分運行模式，輸入信號采用共陽極模式，步進電機順時針轉(zhuǎn)動?？刂葡到y(tǒng)通過控制驅(qū)動器驅(qū)動步進電機按照設(shè)定的頻率工作。本發(fā)明中轉(zhuǎn)盤采用鋁材料制成，以減輕轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量；選用轉(zhuǎn)動慣量小的步進電機以保證裝置的緊湊性。轉(zhuǎn)盤中全反鏡固定時應保證鏡片前表面和步進電機轉(zhuǎn)軸相互垂直。由于采用四路激光合光路，轉(zhuǎn)動過程中對應四個狀態(tài)，因此轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3只有滿足一定的位置關(guān)系，才能保證每路光路通過，從而與控制系統(tǒng)的時序之間建立聯(lián)系，以步進電機順時針轉(zhuǎn)動為例進行說明，如下表所示。轉(zhuǎn)盤起始位置如圖5所示，5-l為倒向，5-2為正向，5-3為左轉(zhuǎn)橫向。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體工作過程如下首先設(shè)定轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3的初始位置。將激光電源啟動后，啟動冷卻系統(tǒng)，將激光電源前面板上的電壓旋鈕旋轉(zhuǎn)到需要的值，提供給氙燈泵浦能量?？刂葡到y(tǒng)的頻率選擇按鍵按下后，步進電機加速到指定頻率后保持恒速轉(zhuǎn)動，等待激光電源的放電信號，當放電信號起作用后，諧振腔l、諧振腔2、諧振腔3、諧振腔4中的激光按照設(shè)定的頻率輪流出光，同時步進電機l、步進電機2、步進電機3分別帶動轉(zhuǎn)盤1、轉(zhuǎn)盤2及轉(zhuǎn)盤3按照設(shè)定的頻率工作，四路激光按照設(shè)定的時序輪流出光，其中第一路激光的光束軌跡為諧振腔l、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3，第二路激光的光束軌跡為諧振腔2、轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3，第三路激光的光束軌跡為諧振腔3、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3，第四路激光的光束軌跡為諧振腔4、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤3。通過耦合系統(tǒng)進入光纖，完成四路激光的合光路。當停止鍵按下后，激光電源停止放電，同時步進電機逐漸減速并停止到啟動位置。權(quán)利要求1、一種多路激光合光路方法，其特征在于采用平面結(jié)構(gòu)，將諧振腔、轉(zhuǎn)盤、步進電機、全反鏡固定在一個平臺上；按照設(shè)定的程序，控制系統(tǒng)控制激光電源并使諧振腔中的激光輪流出光，同時控制系統(tǒng)控制步進電機驅(qū)動器并帶動電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生合光束激光；多個光路之間彼此獨立，利于調(diào)節(jié)。2、一種多路激光合光路裝置，其特征在于包括激光電源、諧振腔、轉(zhuǎn)盤、步進電機、步進電機驅(qū)動器、45('全反鏡、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；其中諧振腔由聚光腔、激光晶體、氙燈及不同腔鏡組成，聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷緊包腔；各部件的連接關(guān)系依光路的走向，第一路激光的光束軌跡為諧振腔1、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤1、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3;第二路激光的光束軌跡為諧振腔2、轉(zhuǎn)盤l、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3;第三路激光的光束軌跡為諧振腔3、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤2、轉(zhuǎn)盤3;第四路激光的光束軌跡為諧振腔4、45°全反鏡、轉(zhuǎn)盤3;最終通過耦合系統(tǒng)進入光纖，完成四路激光光束的合光路。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)供電后，按不同的按鍵設(shè)定相應的頻率，當步進電機加速到指定頻率后保持恒速轉(zhuǎn)動，等待激光電源的放電信號，當放電信號起作用后，多路激光輪流出光；當停止鍵按下后，激光電源停止放電，同時步進電機逐漸減速并停止到啟動位置。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)盤，其特征在于包括軸孔(1)、全反鏡(2)、槽形；其中轉(zhuǎn)盤正中間位置上有一軸孔，用于安裝步進電機的轉(zhuǎn)軸，并通過螺釘固定在轉(zhuǎn)軸上；軸孔正下方有一不透圓孔，用于安裝全反射鏡片；軸孔正上方有一槽形，為規(guī)則形狀，保證整個轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)動過程中，激光能夠從槽形通過。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的諧振腔，其特征在于其中的激光晶體可以是Cr，Tm，Ho:YAG晶體，也可以是其它熱透鏡效應顯著的晶體。全文摘要本發(fā)明是一種多路脈沖激光合光束系統(tǒng)，屬于激光
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明由激光電源提供每個激光器所需要的泵浦能量，通過設(shè)定的單片機驅(qū)動時序，驅(qū)動激光電源和步進電機驅(qū)動器按照設(shè)定的脈沖重復頻率工作，通過步進電機軸上所帶轉(zhuǎn)盤的全反鏡的轉(zhuǎn)動和固定全反鏡的共同配合下，完成多路激光的合光束。經(jīng)過耦合透鏡的會聚作用，多束激光最終耦合進一根光纖。在固定的泵浦能量下，由于每路激光器的輸出功率有限，不能滿足一定的要求，所以，最終通過多路激光器的合光束裝置，可使輸出功率大大提高。本發(fā)明特別適用于對于熱透鏡效應顯著，單路激光器輸出功率有限，而且需要輸出功率成倍輸出的場合，具有良好的應用前景。文檔編號G02B6/42GK101256255SQ200810102500公開日2008年9月3日申請日期2008年3月21日優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日發(fā)明者李家澤,蘋栗,賈瑞麗,郭渭榮,閆曉鵬,陳慧敏申請人:北京理工大學