多窗口多波长激光器光路自动调节系统技术方案

本实用新型专利技术属于多波长激光器系统光路转换领域，由激光源系统、自动换镜系统、导光系统、平移台系统和控制系统组成。其特征部分自动换镜系统是由光学镜片支架、支架固定圆柱体台、步进电机、光具座和全反镜组成。光学镜片支架上由三个镜片支架杆L、M、N组成，长支架杆L和N的长度分别是短支架杆M的2倍，短支架杆M的长度等于两个相临激光输出窗口的距离，其中长杆L与短杆M的一端固定于支架固定圆柱体台上，其成长杆L与短杆M的轴线成150弧度，长杆N的中部固定与短杆M的另一端部，长杆N与短杆M轴线相互垂直。本实用新型专利技术针对不同的薄膜系统的划痕激光的波长及其光路系统的自动切换与选择，以得到不同波长激光在试件表面形成的冲击划痕效果。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及多波长激光器系统波长转换领域，特指一种外围带有自动换镜系 统的多波长的激光器系统。
技术介绍
薄膜技术是提高材料表面性能的重要手段，其用极少量的材料赋予零件和构件表 面耐磨、耐腐蚀、耐热、耐疲劳、耐辐射以及光、热、电、磁等特殊性能，起到大量昂贵的整体 材料所难以起到的作用，大量节约资源和能源，可充分发挥基体材料和薄膜材料的潜能，降 低生产成本。薄膜技术已广泛用于航空航天、机械工程、电子技术、光学工程及计算机科学 等各个领域。随着薄膜技术的应用，对其可靠性和使用寿命的要求越来越高，膜基结合性能在 很大程度上决定了薄膜应用的可靠性和和使用寿命，是得以发挥薄膜作用的基本条件，也 是薄膜制造过程中普遍关心的问题。膜基结合性能是影响表面膜质量的首要指标，是表面 工程技术和界面科学中极为重要的一个力学性能参量。检测界面结合性能的方法有激光划痕法、划痕法、直接剥离法、压痕法、弯曲法、冲 击法、拉伸法等多种。但每种方法在测量技术和力学计算上有其局限性和尚待解决的问题， 直接定量测定界面结合性能至今仍然是困绕世界各国科学家的难题。中国技术专利号ZL02138511.4和ZL02138512. 2公开了检测界面结合强度的 准静态和远紫外激光划痕测量方法及装置，能量连续增加的长脉冲(连续波)红外激光和 远紫外激光直接辐射薄膜试样表面，同时试件作进给运动，从而在薄膜表面产生划痕，用薄 膜-基体界面处剥落所对应的激光能量、结合膜基材料物性参数和划痕工艺参数来表征膜 基体界面的结合强度。该方法具有非接触测量、影响测量结果的因素简洁、精确控制、便于 实现测量自动化等优势，是具有广阔工程应用前景的界面结合性能检测新技术。但上述技术中的加载方式提供一种波长，因而其仅适用于对该波长吸收率较高的 薄膜系统，难以广泛用于各种不同薄膜系统的加载；另一方面，连续热加载往往因为热效应 而烧蚀薄膜，难以实现对薄膜的准静态加载破坏，寻求新的加载技术是界面结合性能因此 激光划痕检测的关键和难点。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种多波长可切换的激光划痕加载技术。具体地讲，涉 及一种具有三窗口输出波长激光器的外光路系统，实现针对不同的薄膜系统的划痕激光的 波长及其光路系统的自动切换与选择，以得到不同波长激光在试件表面形成的冲击划痕效 果，从而适用于各种硬质工具膜、装饰功能膜、复合材料以及其它类型薄膜的界面工程结合 强度检测中的激光的划痕。本技术是由激光源系统、自动换镜系统、导光系统、平移台系统和控制系统组 成。激光源系统是一种有三个输出窗口激光器，本实施例中是一种电光调Q脉冲 NdiYAG固体激光器，三个窗口分别对应1064歷、532歷、355歷或沈611111波长的输出。自动换镜系统是由光学镜片支架、支架固定圆柱体台、步进电机、光具座和三个不 同波长的全反镜组成。步进电机固定在光具座上，支架固定圆柱体台固定于步进电机上，并 能随步进电机转动。光学镜片支架固定于支架固定圆柱体台上并能随支架固定圆柱体台转 动，光学镜片支架上由三个镜片支架杆(L、M、N)组成，长支架杆L和N的长度是短支架杆 M的2倍，短支架杆的长度等于两个相邻激光输出窗口的距离，长杆L与短杆M的一端固定 于支架固定圆柱体台上，其成长杆L与短杆M轴线成150弧度，长杆N的中部固定于短杆M 的另一端部。长杆N与短杆M的轴线相互垂直。镜片的安装时平面与镜片所安装的杆的轴 线方向成45弧度，可根据实现要求使镜片沿着杆轴线方向转动。三个不同的激光窗口对应 输出不同的激光波长输出，本实施例中355nm和266nm波长的激光共用一个窗口输出。本 技术的目的是要求无论从哪个窗口输出激光，都需要按相同的光路方向传播，因此只 有通过与窗口位置对应的全反射镜来偏转激光的方向。所以，当激光的输出窗口发生改变 时，既激光输出的位置发生了改变，为了使激光按照相同的光路传播，其相应的全反射镜也 需要在一个合适的位置来偏转激光方向。导光系统由第一全反射镜、第一镜片支架、第二全反镜、第二镜片支架、汇聚透镜、 水平一维电控平移台、竖直一维电控平移台及平移台支撑架组成。其中第一全反射镜及其 支架直接放置在试验台上，第二全反射镜及其支架固定在水平一维平移台的工作台面上。 汇聚透镜及其支架固定在竖直一维平移台的工作台面上，并且，竖直一维平移台又整体固 定在水平一维平移台的工作台的侧边，这样，当水平一维平移台的工作台作水平移动时，第 二全反射镜和竖直一维平移台同时运动，保证了第二全反射镜始终与汇聚透镜对齐。平移台系统是由二维平移台组成。该二维平移台直接放置在汇聚透镜的正下方。 通过汇聚透镜的激光就会直接作用到该平移台的工作台面上。二维平移台在电脑的控制下 作X方向和Y方向的运动，这个运动可以是勻速运动，可以是变速运动，也可以是直线插补 运动，还可以是圆弧插补运动。控制系统由控制软件、工控机等组成。工控机通过专门编写的控制软件对整个系 统进行控制，包括对激光器的控制、自动换镜系统的控制、水平一维平移台、竖直一维平移 台和二维平移台的控制。本技术的有益效果对于多波长的脉冲激光冲击加载系统中，其自动换镜系 统大大简化了人工操作过程，解决了人们为了使输出的激光能达到从相同的光路传播的目 的，靠人工手动来改变全反射镜的位置，不仅费时费力，操作不方便，而且对于每改变一个 位置，都需要重新校准。本自动换镜系统解决了人工换镜时的不足。附图说明图1 是本技术装置1064nm波长激光输出的位置示意图。图2 是本技术装置532nm波长的激光输出的位置示意图。图3 是本技术装置322nm(或沈6歷)波长激光输出的位置示意图。图4 自动换镜装置的1064nm波长输出时平面示意图。图5 自动换镜装置的532nm波长输出时平面示意图。图6 自动换镜装置的355nm或波长输出时平面示意图。图7 自动换镜装置立体示意图。图8 自动换镜装置结构的正视图。图9 自动换镜装置结构的侧视图。图10 自动换镜装置结构的俯视图。图中，1 激光器，2 光学镜片支架，3 :533nm波长激光全反射镜，4 :1064nm波长激 光全反射镜，5 :355nm和266nm波长激光全反射镜，6 支架固定圆柱体台，7 步进电机，8 光具座，9 第一全反射镜，10 第一镜片支架，11 第二全反射镜，12 第二镜片支架，13 第 一工作台，14 第二工作台，15 汇聚透镜，16 水平一维平移台，17 竖直一维平移台，18 平 移台支撑架，19 试件，20 二维平移台，21 工控机，22 :R232串口线，a :355和洸6nm激光输 出窗口，b :532激光突出窗口，c :1024激光输出窗口。具体实施方式为便于说明本技术，以下实施方式以一种电光调Q脉冲Nd:YAG固体激光器， 三个窗口分别对应106411111、53211111、35511111或沈611111波长的输出。其中355nm与共用一个窗口。实施方案一如图1是本技术系统1064nm波长激光输出及划痕装置实施示意图。图4为 自动换镜装置的1064nm波长输出时平面示意图。激光器1在工控机21的控制下从激光窗 口 c输出1064nm波长的激光，与其对应的全反射镜4由自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多窗口多波长激光器光路自动调节系统，其特征在于：所述的多窗口多波长激光器光路自动调节系统由激光源系统、自动换镜系统、导光系统、平移台系统和控制系统组成，所述的自动换镜系统是由光学镜片支架（２）、支架固定圆柱体台（６）、步进电机（７）、光具座（８）和不同波长的全反镜组成，步进电机（７）固定在光具座（８）上，支架固定圆柱体台（６）固定于步进电机（７）上并能随步进电机（７）转动，光学镜片支架（２）固定于支架固定圆柱体台（６）上并能随支架固定圆柱体台（６）转动，光学镜片支架（２）由三个镜片支架杆（Ｌ、Ｍ、Ｎ）组成，长支架杆（Ｌ）和（Ｎ）的长度分别是短支架杆（Ｍ）的２倍，短支架杆（Ｍ）的长度等于两个相临激光输出窗口的距离，其中长杆（Ｌ）与短杆（Ｍ）的一端固定于支架固定圆柱体台（６）上，其成长杆（Ｌ）与短杆（Ｍ）的轴线成１５０弧度，长杆（Ｎ）的中部固定与短杆Ｍ的另一端部，长杆（Ｎ）与短杆（Ｍ）轴线相互垂直，全反镜的波长与激光器的波长一一对应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐传超，冯爱新，曹宇鹏，孙淮阳，聂贵锋，周鹏程，王俊伟，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：32