光闸装置、激光器及消除热透镜效应对激光光束影响的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光闸装置、激光器及消除热透镜效应对激光光束影响的方法，包括：底座；挡板，其位于光学谐振腔结构的全反镜与输出镜之间；以及驱动装置，其安装在所述底座上，且连接所述挡板，用于驱动挡板转动；所述驱动装置可驱动所述挡板转动预设角度，以使挡板处于遮挡状态，使得在激光固体工作物质处于热透镜效应期间，激光光路被挡板截断；当激光固体工作物质处于稳定状态时，驱动装置可带动挡板转动预设角度，以使挡板处于开放状态，使得所述激光经由输出镜输出。其针对热透镜效应最显著的激光固体工作物质(如激光晶体)，采用在谐振腔内的光路上加入光闸的方式来控制激光光束的传播，从而获得稳定的光束质量。

Shutter device, laser and method to eliminate the influence of thermal lens effect on laser beam

【技术实现步骤摘要】
光闸装置、激光器及消除热透镜效应对激光光束影响的方法
本专利技术涉及激光加工
，具体涉及一种用于消除热透镜效应对激光光束影响的光闸装置、激光器及消除热透镜效应对激光光束影响的方法。
技术介绍
激光凭借其优异特性获得了重多用户的肯定，伴随着激光在各领域的推广应用，用户对激光的要求越来越高，传统的脉冲激光器在光电转换过程中会产生大量的热，激光谐振腔内热透镜效应明显，从而使激光激发开始后的一段时间内激光光束质量明显较稳定后差，由此给精细加工带来很大困扰。目前针对上述因热透镜效应导致激光光束质量不一的现象尚无有效的解决办法，大多激光设备厂商采用丢点的方式规避，或者干脆放任不管。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于消除热透镜效应对激光光束影响的光闸装置、激光器及消除热透镜效应对激光光束影响的方法，其针对脉冲激光设备中热透镜效应最显著的激光固体工作物质(如激光晶体)，采用在谐振腔内的光路上加入光闸的方式来控制激光光束的传播，从而获得稳定的光束质量。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一方面，提供了一种用于消除热透镜效应对激光光束影响的光闸装置，其包括：底座；挡板，其位于光学谐振腔结构的全反镜与输出镜之间；以及驱动装置，其安装在所述底座上，且连接所述挡板，用于驱动所述挡板转动；所述驱动装置可驱动所述挡板转动预设角度，以使挡板处于遮挡状态，使得在激光固体工作物质处于热透镜效应期间，激光光路被挡板截断；当激光固体工作物质处于稳定状态时，所述驱动装置可带动挡板转动预设角度，以使挡板处于开放状态，使得所述激光经由输出镜输出。优选的，所述挡板整体由反光材料或吸光材料制成，或所述挡板表面包覆有反光材料或吸光材料。优选的，所述挡板位于光学谐振腔结构的聚光腔结构与输出镜之间。优选的，所述挡板厚度为0.5-1.5mm。优选的，所述驱动装置包括电机。另一方面，还提供了一种激光器，其包括：光学谐振腔结构，且所述光学谐振腔结构包括全反镜与输出镜；聚光腔结构，其位于所述全反镜与输出镜之间；泵浦源和激光固体工作物质，两者均安装在所述聚光腔结构内，且通过泵浦源激励激光固体工作物质产生激光；以及上述光闸装置，且所述光闸装置的挡板位于聚光腔结构与输出镜之间。另一方面，还提供一种利用上述光闸装置实现的消除热透镜效应对激光光束影响的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取激光固体工作物质的热透镜效应持续时间T热，设定挡板遮挡状态持续时间为T，且T≥T热；S2、当挡板从遮挡状态转换成开放状态过程中所需转动角度α一定时，先按照公式(1)计算某一激光出光频率f下挡板2对应的旋转角速度ω；ω＝α*f(1)；以此反复，直至计算出N个不同激光出光频率f1、f2…fN下挡板对应的旋转角速度ω1、ω2…ωN，N为正整数；再设定挡板2由遮挡状态转换为开放状态过程中的旋转角速度为ω，且保证ω大于ω1、ω2…中的最大值ω大；再根据公式(2)计算出激光出光频率f下相邻两激光脉冲间隔时间t，以及根据公式(3)计算挡板由遮挡状态转换为开放状态的时间t转，且保证t转≤t；t＝1/f(2)；t转＝α/ω(3)；以及S3、控制驱动装置带动挡板以旋转角速度ω转动α角度，使得挡板从遮挡状态转换为开放状态，激光从所述输出镜射出。优选的，所述T≥1.1s。优选的，所述α角度为10-15°。优选的，所述ω≥1000°/s。与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：本专利技术针对脉冲激光设备中热透镜效应最显著的激光固体工作物质(如激光晶体)，采用在谐振腔内的光路上加入光闸的方式来控制激光光束的传播，即，在激光固体工作物质处于热透镜效应期间遮挡激光，截断光路；在激光固体工作物质处于稳定状态后打开光路，使激光经谐振腔振荡后出射，从而消除激光固体工作物质的热透镜效应带来的不利影响，从而获得稳定的光束质量。附图说明图1a为实施例一中光闸装置(无夹持块)的整体结构图；图1b为实施例一中光闸装置的整体结构图；图2a为实施例一中挡板位于聚光腔结构与输出镜之间，且挡板处于遮挡状态时的光路图；图2b为实施例一中挡板位于聚光腔结构与输出镜之间，且挡板处于开放状态时的光路图；图3为实施例一中挡板位于聚光腔结构与全反镜之间，且挡板处于遮挡状态时的光路图；图4a为实施例二中激光器的俯视图；图4b为实施例二中激光器的主视图；图5为实施例三中F1＝5Hz时，第一到第三十个脉冲的激光光束轮廓图像信息；图6为实施例三中F2＝10Hz时，第一到第三十个脉冲的激光光束轮廓图像信息；图7为实施例三中F3＝15Hz时，第一到第三十个脉冲的激光光束轮廓图像信息；图8为实施例三中挡板从遮挡状态转换成开放状态的步骤流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：如图1a-1b，2a-2b所示，本专利技术中用于消除热透镜效应对激光光束影响的光闸装置包括：具有内部空腔101的底座1，其在激光光路S上开设有入射孔102，所述激光通过泵浦源激励激光固体工作物质(如激光晶体等)产生，且所述泵浦源、激光固体工作物质均安装在聚光腔结构100内，同时，激光器的光学谐振腔结构的全反镜103与输出镜104(如部分反射镜)分别对应设置于所述激光固体工作物质的两端；挡板2，其设置于内部空腔101内，且位于激光器的光学谐振腔结构的聚光腔结构100与输出镜104之间，同时，所述挡板2厚度为0.5-1.5mm(优选为1.0mm)；驱动装置3(如电机等)，其连接所述挡板2，用于驱动所述挡板2在所述内部空腔101内转动，具体的，如图1a-1b所示，本实施例中的底座1光闸装置还包括：固定座301，其连接所述底座1的上端面，且可与所述底座1一体成型，所述固定座301朝向聚光腔结构100的一面上开设有容纳部分驱动装置3的第一槽口3012以及安装孔3011；夹持块302，其朝向所述固定座301的一面上开设有容纳部分驱动装置3的第二槽口3021；所述夹持块302通过所述安装孔3011与所述固定座301连接，使得第一槽口3012以及第二槽口3021分别对应容纳部分驱动装置3，以通过夹持固定所述驱动装置3的位置。如图2a所示，聚光腔结构100内产生的激光分别向全反镜103和输出镜104射出；所述驱动装置3可驱动所述挡板2转动预设角度，以使挡板2处于遮挡状态，使得在激光固体工作物质处于热透镜效应期间，所述激光经入射孔102进入到底座1后，激光被挡板2反射或吸收，激光光路S被挡板2截断，进而无法在穿过底座1后经由输出镜104输出；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于消除热透镜效应对激光光束影响的光闸装置，其特征在于，包括：底座；挡板，其位于光学谐振腔结构的全反镜与输出镜之间；以及驱动装置，其安装在所述底座上，且连接所述挡板，用于驱动所述挡板转动；/n所述驱动装置可驱动所述挡板转动预设角度，以使挡板处于遮挡状态，使得在激光固体工作物质处于热透镜效应期间，激光光路被挡板截断；当激光固体工作物质处于稳定状态时，所述驱动装置可带动挡板转动预设角度，以使挡板处于开放状态，使得所述激光经由输出镜输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于消除热透镜效应对激光光束影响的光闸装置，其特征在于，包括：底座；挡板，其位于光学谐振腔结构的全反镜与输出镜之间；以及驱动装置，其安装在所述底座上，且连接所述挡板，用于驱动所述挡板转动；
所述驱动装置可驱动所述挡板转动预设角度，以使挡板处于遮挡状态，使得在激光固体工作物质处于热透镜效应期间，激光光路被挡板截断；当激光固体工作物质处于稳定状态时，所述驱动装置可带动挡板转动预设角度，以使挡板处于开放状态，使得所述激光经由输出镜输出。


2.如权利要求1所述的光闸装置，其特征在于，所述挡板整体由反光材料或吸光材料制成，或所述挡板表面包覆有反光材料或吸光材料。


3.如权利要求1所述的光闸装置，其特征在于，所述挡板位于光学谐振腔结构的聚光腔结构与输出镜之间。


4.如权利要求1所述的光闸装置，其特征在于，所述挡板厚度为0.5-1.5mm。


5.如权利要求1所述的光闸装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机。


6.一种激光器，其包括：光学谐振腔结构，且所述光学谐振腔结构包括全反镜与输出镜；聚光腔结构，其位于所述全反镜与输出镜之间；泵浦源和激光固体工作物质，两者均安装在所述聚光腔结构内，且通过泵浦源激励激光固体工作物质产生激光；如权利要求1-4任一项所述的光闸装置，且所述光闸装置的挡板位于全反镜与聚光腔结构之间或位...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晶晶，钟磊，李勇，
申请(专利权)人：武汉荣科激光自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42