一种可自动调节焦距的激光器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可自动调节焦距的激光器及控制方法，包括激光器、控制模块、焦距调节模块；所述激光器包括光学谐振腔、激励抽运系统、工作物质，所述光学谐振腔至少包括两片圆形活动镜片，所述工作物质位于相邻的两片所述活动镜片之间，所述激励抽运系统位于光学谐振腔左侧；每个所述活动镜片下方安装有一位移传感器；所述焦距调节模块包括与所述活动镜片数量相同的直线运动机构，每个所述活动镜片搭载在一个所述直线运动机构上；所述控制模块分别与所述位移传感器和所述直线运动机构电连接，用于控制活动镜片在直线机构上移动调节的激光焦距以及激光光斑的大小。本发明专利技术可广泛的应用于激光切割、激光扫描、激光测距等领域中。激光测距等领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种可自动调节焦距的激光器及控制方法


[0001]本专利技术属于激光器领域，具体涉及一种可自动调节焦距的激光器及控制方法。

技术介绍

[0002]21世纪以来，激光器由于具有高能量密度、穿透能力强从而被广泛的应用在距离测量、三维扫描、激光切割、激光热处理、激光打孔等各个方面。
[0003]而现有激光器系统的激光发生器和光学元件的位置是固定的，导致激光器的光斑位置和大小是不可调节的，同时光斑和焦距固定的激光器能量密度是固定不变的，因此，一般光斑和焦距固定的激光器只能应用与某些特定的场合和环境中，这大大限制了激光器的适用范围。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的是提供一种可自动调节焦距的激光器及控制方法，以解决现有激光器光斑大小和焦距不可调节，能量密度固定不变，无法适用于多样化的环境要求的问题。
[0005]根据本申请实施例的第一方面，提供一种可自动调节焦距的激光器，包括激光器、控制模块、焦距调节模块；
[0006]所述激光器包括光学谐振腔、激励抽运系统、工作物质，所述光学谐振腔至少包括两片圆形活动镜片，所述工作物质位于相邻的两片所述活动镜片之间，所述激励抽运系统位于光学谐振腔左侧；
[0007]每个所述活动镜片下方安装有一位移传感器；
[0008]所述焦距调节模块包括与所述活动镜片数量相同的直线运动机构，每个所述活动镜片搭载在一个所述直线运动机构上；
[0009]所述控制模块分别与所述位移传感器和所述直线运动机构电连接，用于控制活动镜片在直线机构上移动调节的激光焦距以及激光光斑的大小。
[0010]进一步地，所述活动镜片垂直于所述直线运动机构上。
[0011]进一步地，各个所述直线运动机构采用水平放置。
[0012]进一步地，所述激光工作物质为Tb
3+
：Gd
3+
:LiYF4所组成三明治结构。
[0013]进一步地，所述激励抽运系统采用电泵浦的方式，由所述电流调节模块为所述激励抽运系统注入电流。
[0014]进一步地，至少一片圆形活动镜片的光学特性为全反射，至少一片圆形活动镜片的光学特性为半反射，两种圆形反射镜除光学特性不同外其他物理化学性质完全一致，其中，全反射光学特性的圆形活动镜片位于激光工作物质左侧，半反射光学特性的圆形活动镜片位于激光工作物质右侧。
[0015]进一步地，所述直线运动机构采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。
[0016]进一步地，所述直线运动机构包括底座、丝杆、滑块、导杆、步进电机，所述丝杆和
导杆平行安装在所述底座上，所述滑块分别套装在所述丝杆和导杆上，所述步进电机驱动所述丝杆转动，所述活动镜片固定在所述滑块上。
[0017]进一步地，所述控制模块包括镜片位置反馈信息处理模块、焦距参数处理模块、脉冲信号生成模块；
[0018]其中，所述焦距参数处理模块用于根据输入所需激光器的焦距和光斑大小，并通过镜片位置算法计算出光学谐振腔内的活动镜片的位置参数；其中通过镜片位置算法计算出光学谐振腔内的活动镜片的位置参数，包括：
[0019]根据输入的激光器焦距和激光光斑大小，求解激光器焦距f＝F(X1，X2)、激光光斑的半径R＝G(X1,X2)，从而获得活动镜片的位置参数(X1，X2)；其中F、G分别为活动镜片位置参数(X1,X2)与激光器焦距f，激光光斑的半径R之间对应关系；
[0020]所述镜片反馈信息处理模块用于通过所述位移传感器获取光学谐振腔中所述活动镜片所在的位置；
[0021]所述脉冲信号生成模块用于对所述焦距参数处理模块和所述镜片反馈信息处理模块的参数进行比较，生成分别对应各所述活动镜片的脉冲信号，驱动所述活动镜片对应的直线运动机构完成所述活动镜片的位置调整，从而实现自动调节焦距。
[0022]根据本申请实施例的第二方面，提供一种可自动调节焦距的激光器的控制方法，包括：
[0023]通过所述位移传感器采集所述活动镜片所在的位置；
[0024]所述控制模块包括镜片位置反馈信息处理模块、焦距参数处理模块、脉冲信号生成模块；
[0025]其中，所述焦距参数处理模块用于根据输入所需激光器的焦距和光斑大小，并通过镜片位置算法计算出光学谐振腔内的活动镜片的位置参数；其中通过镜片位置算法计算出光学谐振腔内的活动镜片的位置参数，包括：
[0026]根据输入的激光器焦距和激光光斑大小，求解激光器焦距f＝F(X1，X2)、激光光斑的半径R＝G(X1,X2)，从而获得活动镜片的位置参数(X1，X2)；其中F、G分别为活动镜片位置参数(X1,X2)与激光器焦距f，激光光斑的半径R之间对应关系；
[0027]所述镜片反馈信息处理模块用于获取所述活动镜片所在的位置；
[0028]所述脉冲信号生成模块用于对所述焦距参数处理模块和所述镜片反馈信息处理模块的参数进行比较，生成分别对应各所述活动镜片的脉冲信号，驱动所述活动镜片对应的直线运动机构完成所述活动镜片的位置调整，从而实现自动调节焦距。
[0029]本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0030]本专利技术提供一种可自动调节焦距的激光器，控制模块调节活动镜片位置实现激光器激光光斑大小和焦距的调节，从而使得激光器具有不同尺寸的激光光斑，能满足更多场合的使用，更高的提高激光器的使用效率。例如，在激光切割时使用的激光器光斑能量密度要求比较大，而激光测距时使用的光斑能量密度比较小，若使用一种焦距固定的激光器那么激光器使用效率就会大大降低。
[0031]本专利技术系统结构简单，操作方便，加工成本经济，调节精装准确，可自动完成焦距调节。
[0032]本专利技术提供的一种可自动调节焦距激光器实现了激光器焦距根据使用环境可调。
附图说明
[0033]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0034]图1是根据一示例性实施例示出的一种可自动调节焦距的激光器的光学谐振腔结构示意图。
[0035]图中附有的标记为：光学谐振腔1，第一活动镜片2，第二活动镜片3，第三活动镜片4，位移传感器5，第一直线运动机构6，第二直线运动机构7，第三直线运动机构8。
具体实施方式
[0036]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0037]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，包括激光器、控制模块、焦距调节模块；所述激光器包括光学谐振腔、激励抽运系统、工作物质，所述光学谐振腔至少包括两片圆形活动镜片，所述工作物质位于相邻的两片所述活动镜片之间，所述激励抽运系统位于光学谐振腔左侧；每个所述活动镜片下方安装有一位移传感器；所述焦距调节模块包括与所述活动镜片数量相同的直线运动机构，每个所述活动镜片搭载在一个所述直线运动机构上；所述控制模块分别与所述位移传感器和所述直线运动机构电连接，用于控制活动镜片在直线机构上移动调节的激光焦距以及激光光斑的大小。2.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，所述活动镜片垂直于所述直线运动机构上。3.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，各个所述直线运动机构采用水平放置。4.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，所述激光工作物质为Tb
3+
：Gd
3+
:LiYF4所组成三明治结构。5.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，所述激励抽运系统采用电泵浦的方式，由所述电流调节模块为所述激励抽运系统注入电流。6.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，至少一片圆形活动镜片的光学特性为全反射，至少一片圆形活动镜片的光学特性为半反射，两种圆形反射镜除光学特性不同外其他物理化学性质完全一致，其中，全反射光学特性的圆形活动镜片位于激光工作物质左侧，半反射光学特性的圆形活动镜片位于激光工作物质右侧。7.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，所述直线运动机构采用丝杆滑块机构、直线导轨、或直线电机。8.根据权利要求1所述的一种可自动调节焦距的激光器，其特征在于，所述直线运动机构包括底座、丝杆、滑块、导杆、步进电机，所述丝杆和导杆平行安装在所述底座上，所述滑块分别套装在所述丝杆和导杆上，所述步进电机驱动所述丝杆转动，所述活动镜片固定在所述滑块上。9.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宏，黄慧，冯雪皓，叶观琼，贺双颜，李培良，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：