专利名称：：一种多路激光合光路系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种多路激光合光路系统，属于激光
技术领域：
。技术背景自从固体脉冲激光器问世以来，激光输出的平均功率越来越高。如闪光灯泵浦的Nd:YAG固体激光器可以产生上万瓦的平均功率，而用闪光灯泵浦的Cr,Tm,Ho:YAG固体激光器可以产生的平均功率仅仅上百瓦(国外文献报道单根Cr,Tm,Ho:YAG晶体组成的激光器产生的平均功率约30瓦)。Cr,Tm，H(KYAG晶体的热透镜效应显著，泵浦能量和重复频率受到一定的限制。Nd:YAG晶体可以采用腔内级联的方式来提高输出功率，美国专利(公开No.5,999，555)提出采用多路Ho:YAG激光合光路装置，如图4所示。其中16为全反镜，18为输出镜。11、12、13、14为四个聚光腔，每一路发射的激光通过凹面镜38和平面镜40，聚焦光束到可旋转的楔形镜42上，再通过楔形镜的转动将四路激光按出光先后，顺序聚焦到耦合透镜35，最后经光纤37输出。为控制激光器输出能有效耦合进光纤37中，电机采用伺服电机，转一圈需要100ms(每路电源工作在重频10Hz情况下)，要求该伺服电机转一圈启停四次，每次转动时间为20ms，接着停5ms，然后继续循环下去。停止时检测到该停止的位置后，给微处理器信号，然后微处理器给激光电源送触发信号，使激光出光。接着下一路激光出光，四路激光出光完毕后，程序重新开始。美国专利中提出的方法，四路激光共用一个楔形镜且通过伺服电机的启停实现合光路，存在如下缺陷对伺服电机的启停位置要求严格，而且一圈内要实现四次反复启停，容易降低电机的寿命；装置的成本高，四路激光在空间实现合光路，对楔形镜的安装提出了较高的要求，而且四路激光之间是彼此相关的，不利于光路的调节。但本专利提出的采用平面多路激光器合光路的方法，较好地解决了原有技术存在的缺陷，通过固定全反镜和步进电机转轴上带动的全反镜的共同作用，实现平面多路激光合光束；多个光路之间彼此独立，利于调节；而且成本大大降低。
发明内容本发明的目的是提供一种多路激光合光路系统，此系统在不改变每路激光输出的前提下，通过合光路方法，可成倍提高激光的输出功率。该方法较好地解决了原有技术存在的缺陷。本发明的目的是通过下述技术方案实现的。本发明的一种多路激光合光路方法，采用平面结构，如图1所示，将谐振腔、转盘、步进电机、全反镜固定在一个平台上；按照设定的程序，控制系统控制激光电源并使谐振腔中的激光轮流出光，同时控制系统控制步进电机驱动器并带动电机转轴上的转盘转动，产生合光束激光；多个光路之间彼此独立，利于调节。本发明的一种多路激光合光路装置，包括激光电源、谐振腔、转盘、步进电机、步进电机驱动器、45"全反镜、冷却系统、控制系统；其中谐振腔由聚光腔、激光晶体、氙灯及不同腔镜组成，聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷紧包腔，如图6所示；各部件的连接关系依光路的走向，第一路激光的光束轨迹为谐振腔l、45°全反镜、转盘l、转盘2、转盘3;第二路激光的光束轨迹为谐振腔2、转盘l、转盘2、转盘3;第三路激光的光束轨迹为谐振腔3、45°全反镜、转盘2、转盘3;第四路激光的光束轨迹为谐振腔4、45°全反镜、转盘3;最终通过耦合系统进入光纤，完成四路激光光束的合光路。本发明的控制系统，如图2所示，分别控制激光电源、步进电机驱动器以及冷却系统。程序框图如图7所示。系统供电后，按不同的按键设定相应的频率，当步进电机加速到指定频率后保持恒速转动，等待激光电源的放电信号，当放电信号起作用后，多路激光轮流出光;当停止键按下后，激光电源停止放电，同时步进电机逐渐减速并停止到启动位置。本发明的转盘，如图3所示，包括轴孔、全反镜、槽形；其中转盘正中间位置上有一轴孔，用于安装步进电机的转轴，并通过螺钉固定在转轴上；轴孔正下方有一不透圆孔，用于安装全反射镜片；轴孔正上方有一槽形，为规则形状，保证整个转盘在转动过程中，激光能够从槽形通过。本发明所述的谐振腔中的激光晶体可以是Cr,Tm，Ho:YAG晶体，也可以是其它热透镜效应显著的晶体。本发明的有益效果是多路激光合光路系统通过平面结构，完成多路激光成合光路。对于热透镜效应显著，同时泵浦能量和重复频率受限的晶体，可通过此方法实现输出平均功率成倍增加，从而具有更广阔的应用前景。图l一本发明光路系统示意图，其中1一45°全反镜，2—转盘1，3—步进电机1，4一步进电机2，5—转盘2，6—步进电机3，7一转盘3，8—耦合透镜；图2—本发明控制系统示意图，其中l一转盘l，2—步进电机1，3—转盘2，4一步进电机2，5—转盘3，6—步进电机3;图3—本发明中转盘示意图，其中l一轴孔，2—全反镜；图4一美国专利示意；图5—转盘起始位置示意图，其中5—1为倒向，5—2为正向，5—3为左转横向；图6—本发明的谐振腔示意图，其中l一平面镜，2—聚光腔，3—凸面镜；图7—本发明的程序框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以四路激光合光路系统为例来说明本发明的思想。四路激光合光路系统包括下列部件(1)激光电源，为可输出四路的脉冲激光电源，提供每个激光器工作时需要的泵浦能量；(2)谐振腔，为四个单独的谐振腔，其中聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷紧包腔，谐振腔腔型采用平凸腔。(3)步进电机，共三个。(4)驱动器，共三个，驱动相应的步进电机工作。(5)转盘，共三个，在上面安装全反镜，实现光路的偏转。(6)冷却系统，为整个装置提供水循环，起到保护晶体和聚光腔的作用。(7)45('全反镜，共三个，实现光路的45°偏转。(8)控制系统，控制激光电源和步进电机按照设定的时序工作。本发明如图1所示，整个系统固定在一个平台上。谐振腔由谐振腔1、谐振腔2、谐振腔3、谐振腔4组成，其中聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷紧包腔，谐振腔腔型采用平凸腔。谐振腔固定在平台上。当激光电源供电时，立即启动冷却系统，调节激光电源加到四个谐振腔中氤灯上的泵浦能量，且满足谐振腔出光状态时，激光器出光。同时控制系统通过激光电源的外控接口，控制激光电源按照一定的重复频率工作。45°全反镜固定在一个45°的套筒上，套筒固定在二维调整架上，二维调整架相对于平台也可以移动，增加调整的自由度。转盘l、转盘2及转盘3分别固定在相应的步进电机1、步进电机2、步进电机3的转轴上，步进电机首先固定在一个底座上，然后通过底座固定在平台上。转盘l、转盘2及转盘3的结构如图3所示。步进电机l、步进电机2、步进电机3分别与驱动器1、驱动器2、驱动器3相连。步进电机为两相混合式步进电动机42系列，型号为42BYG250A-SASSML-0151,配套的驱动器为两相混合式步进电动机细分驱动器SH-20402A，驱动电压为24VDC，选择四细分运行模式，输入信号采用共阳极模式，步进电机顺时针转动。控制系统通过控制驱动器驱动步进电机按照设定的频率工作。本发明中转盘采用铝材料制成，以减轻转盘的质量；选用转动惯量小的步进电机以保证装置的紧凑性。转盘中全反镜固定时应保证镜片前表面和步进电机转轴相互垂直。由于采用四路激光合光路，转动过程中对应四个状态，因此转盘l、转盘2、转盘3只有满足一定的位置关系，才能保证每路光路通过，从而与控制系统的时序之间建立联系，以步进电机顺时针转动为例进行说明，如下表所示。转盘起始位置如图5所示，5-l为倒向，5-2为正向，5-3为左转横向。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具体工作过程如下首先设定转盘l、转盘2、转盘3的初始位置。将激光电源启动后，启动冷却系统，将激光电源前面板上的电压旋钮旋转到需要的值，提供给氙灯泵浦能量。控制系统的频率选择按键按下后，步进电机加速到指定频率后保持恒速转动，等待激光电源的放电信号，当放电信号起作用后，谐振腔l、谐振腔2、谐振腔3、谐振腔4中的激光按照设定的频率轮流出光，同时步进电机l、步进电机2、步进电机3分别带动转盘1、转盘2及转盘3按照设定的频率工作，四路激光按照设定的时序轮流出光，其中第一路激光的光束轨迹为谐振腔l、45°全反镜、转盘l、转盘2、转盘3，第二路激光的光束轨迹为谐振腔2、转盘l、转盘2、转盘3，第三路激光的光束轨迹为谐振腔3、45°全反镜、转盘2、转盘3，第四路激光的光束轨迹为谐振腔4、45°全反镜、转盘3。通过耦合系统进入光纤，完成四路激光的合光路。当停止键按下后，激光电源停止放电，同时步进电机逐渐减速并停止到启动位置。权利要求1、一种多路激光合光路方法，其特征在于采用平面结构，将谐振腔、转盘、步进电机、全反镜固定在一个平台上；按照设定的程序，控制系统控制激光电源并使谐振腔中的激光轮流出光，同时控制系统控制步进电机驱动器并带动电机转轴上的转盘转动，产生合光束激光；多个光路之间彼此独立，利于调节。2、一种多路激光合光路装置，其特征在于包括激光电源、谐振腔、转盘、步进电机、步进电机驱动器、45('全反镜、冷却系统、控制系统；其中谐振腔由聚光腔、激光晶体、氙灯及不同腔镜组成，聚光腔可采用聚四氟乙烯腔或陶瓷紧包腔；各部件的连接关系依光路的走向，第一路激光的光束轨迹为谐振腔1、45°全反镜、转盘1、转盘2、转盘3;第二路激光的光束轨迹为谐振腔2、转盘l、转盘2、转盘3;第三路激光的光束轨迹为谐振腔3、45°全反镜、转盘2、转盘3;第四路激光的光束轨迹为谐振腔4、45°全反镜、转盘3;最终通过耦合系统进入光纤，完成四路激光光束的合光路。3、根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于系统供电后，按不同的按键设定相应的频率，当步进电机加速到指定频率后保持恒速转动，等待激光电源的放电信号，当放电信号起作用后，多路激光轮流出光；当停止键按下后，激光电源停止放电，同时步进电机逐渐减速并停止到启动位置。4、根据权利要求2所述的转盘，其特征在于包括轴孔(1)、全反镜(2)、槽形；其中转盘正中间位置上有一轴孔，用于安装步进电机的转轴，并通过螺钉固定在转轴上；轴孔正下方有一不透圆孔，用于安装全反射镜片；轴孔正上方有一槽形，为规则形状，保证整个转盘在转动过程中，激光能够从槽形通过。5、根据权利要求2所述的谐振腔，其特征在于其中的激光晶体可以是Cr，Tm，Ho:YAG晶体，也可以是其它热透镜效应显著的晶体。全文摘要本发明是一种多路脉冲激光合光束系统，属于激光
技术领域：
。本发明由激光电源提供每个激光器所需要的泵浦能量，通过设定的单片机驱动时序，驱动激光电源和步进电机驱动器按照设定的脉冲重复频率工作，通过步进电机轴上所带转盘的全反镜的转动和固定全反镜的共同配合下，完成多路激光的合光束。经过耦合透镜的会聚作用，多束激光最终耦合进一根光纤。在固定的泵浦能量下，由于每路激光器的输出功率有限，不能满足一定的要求，所以，最终通过多路激光器的合光束装置，可使输出功率大大提高。本发明特别适用于对于热透镜效应显著，单路激光器输出功率有限，而且需要输出功率成倍输出的场合，具有良好的应用前景。文档编号G02B6/42GK101256255SQ200810102500公开日2008年9月3日申请日期2008年3月21日优先权日2008年3月21日发明者李家泽,苹栗,贾瑞丽,郭渭荣,闫晓鹏,陈慧敏申请人:北京理工大学