雷射器腔鏡夾持機構、雷射器諧振腔及雷射器的製作方法

2023-09-20 16:07:20

專利名稱：雷射器腔鏡夾持機構、雷射器諧振腔及雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雷射器，尤其涉及一種可廣泛應用於エ業領域中加工應用的全固態雷射器。
背景技術：
近幾年，隨著工業加工應用的雷射器不斷開發，雷射器在エ業加工應用中越來越廣泛，如雷射打標、雷射調阻、雷射太陽能電池劃膜、雷射打孔、雷射液晶修復等等，這一系列的應用都對雷射器功率的穩定性有著嚴格的要求。因此在滿足應用要求的前提下，將雷射器做到穩定輸出是雷射器設計者們的終極目的。雷射器通常包括激勵源和諧振腔。為了達到雷射器穩定輸出的目的，通常採用增加包裝安全性、雷射器殼體多次應カ釋放、高穩定性調整架等措施。這些措施往往能夠從ー 定程度上改善雷射器功率的穩定性，但不能完全達到雷射器的穩定輸出目標，且額外成本較高。這對市場經濟條件下的製造廠商十分不利。雷射器諧振腔的穩定性一直是エ業應用雷射器的難點，尤其在運輸、工具機振動、雷射器殼體應力變化以及調整架自身穩定性不夠的條件下，經常導致雷射器失諧，嚴重影響雷射功率的輸出。此外，另有2004年2月25日公告的中國發明專利ZL99105276. 5是從光學方面考慮的光學鎮定器方案，也僅僅是針對激勵源泵浦的功率出現大幅度變化時維持雷射穩定輸出，對諧振腔的機械穩定性未提明顯改善，不能解決外力影響導致的雷射器功率穩定性不好。鑑於此，有必要提供一種新的具有改進的諧振腔和具有改進的諧振腔的雷射器。

發明內容
本發明_在提供一種低成本、便於實現、能保證雷射器功率穩定性雷射器腔鏡夾持結構、應用改夾持結構的諧振腔及雷射器。本發明ー種雷射器諧振腔包括兩側面夾角呈90°的第一夾持結構、固定在兩側面上的反射鏡、與第一夾持結構相對設置的第二夾持結構，以及固定在第二夾持結構上的全反鏡和基頻光部分輸出鏡；第一夾持結構包括位於兩反射鏡之間的第一通光孔和與第一通光孔垂直相通並朝向第二夾持結構開設的兩第二通光孔；第二夾持結構包括至少ー個與第二通光孔對應且通向諧振腔外的第三通光孔，全反鏡和基頻光部分輸出鏡位於相同或相平行的平面上且二者均與第一通光孔平行；所述基頻光部分輸出鏡安裝在第三通光孔入口處。本發明雷射器諧振腔包括兩側面夾角呈90°的第一夾持結構、固定在兩側面上的反射鏡、與第一夾持結構相對設置的第二夾持結構，以及固定在第二夾持結構上的全反鏡和基頻光部分輸出鏡；第一夾持結構包括位於兩反射鏡之間的第一通光孔和與第一通光孔垂直相通並朝向第二夾持結構開設的兩第二通光孔；第二夾持結構包括至少ー個與第二通光孔對應且通向諧振腔外的第三通光孔，全反鏡和基頻光部分輸出鏡位於相同或相平行的平面上且二者均與第一通光孔平行；所述基頻光部分輸出鏡安裝在第三通光孔入口處。本發明雷射器包括激勵源、諧振腔，工作介質，所述諧振腔包括兩側面夾角呈90° 的第一夾持結構、固定在兩側面上的反射鏡、與第一夾持結構相對設置的第二夾持結構，以及固定在第二夾持結構上的全反鏡和基頻光部分輸出鏡；第一夾持結構包括位於兩反射鏡之間的第一通光孔和與第一通光孔垂直相通並朝向第二夾持結構開設的兩第二通光孔；第 ニ夾持結構包括至少ー個與第一通光孔對應且通向諧振腔外的第三通光孔，全反鏡和基頻光部分輸出鏡位於相同或相平行的平面上且二者均與第一通光孔平行；至少基頻光部分輸出鏡安裝在第三通光孔入口處。與現有技術相比，本發明採用兩側面夾角呈90°的第一夾持結構在側面上分別固定兩反射鏡、第二夾持結構固定全反鏡和與全反鏡平行或在ー個平面上設置的基頻光部分輸出鏡構成的諧振腔，設計結構簡単，成本較低，便於實現，而且在第一夾持結構或第二夾持結構有輕微傾斜變化吋，根據光線傳輸原理，仍能形成諧振結構，不會影響諧振腔的穩定輸出。


圖1是本發明雷射器的第一實施例示意圖2是圖1所示雷射器使用過程中的抗失諧示意圖
圖3是本發明雷射器的第二實施例示意圖4是本發明雷射器的第三實施例示意圖5是本發明雷射器的第四實施例示意圖6是本發明雷射器的第五實施例示意圖7是本發明雷射器的第六實施例示意圖8是本發明雷射器的第七實施例示意圖。
具體實施例方式下面請參附圖對本發明具有改進的諧振腔的雷射器的各種優選方式作出詳盡的說明。雷射器通常包括激勵源、諧振腔、工作介質三部分。圖1是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第一實施例的示意圖，該圖示中雷射器為端泵基頻雷射器。該具有改進的諧振腔的雷射器100包括第一夾持結構1、與第一夾持結構1相對設置的第二夾持結構2、裝在第一夾持結構1上的45° —反射鏡3和另一反射鏡4、裝於第二夾持結構2上的全反鏡5和基頻光部分輸出鏡6、位於第一、ニ夾持結構1、2 之間的用於基頻雷射輸出的雷射晶體7、耦合鏡組8，以及LD光纖模塊9 ；其中第一夾持結構1、第二夾持結構2、反射鏡3、4、全反鏡5和基頻光部分輸出鏡6共同組成雷射器的諧振腔，耦合鏡組8和LD光纖模塊9共同組成激勵源，雷射晶體7為工作介質。夾持結構1是四稜台結構，包括頂面(未標示)、與頂面平行的底面11，以及位於頂面和底面11之間的四側面；其中兩相對的側面12相對底面11的夾角均為鋭角且二者的延長線呈90°夾角；在本實施例中，兩側面12相對底面11的夾角均為45° ；實際應用中， 不應局限於此，不論其中任何一個夾角的大小，二者之和為90°均在本發明的保護範圍中。兩側面12之間設置第一通光孔14，自底面11設置通向側面12的第二通光孔13，第一通光孔14與第二通光孔13垂直且端部連通；本實施例中第一通光孔14與底面11平行。反射鏡3、4分別通過焊接或鉚接等機械方式裝設在兩側面12上開設通光孔的位置處，故二者之間的夾角亦為90°，在本實施例中二者相對底面11的夾角均為45°。本實施例中鍍膜參數為發射鏡3—Sl:HR@1064nm ；反射鏡4—S2 AR@808nm，Sl :HRil064nm, 45° ；實際應用中鏡片3和鏡片4可採用同一規格參數。第二夾持結構2是長方體結構，其包括與第一夾持結構1的底面11相對且基本平行設置的前、後主平面(未標示)，因此，亦與第一通光孔14平行；在與第一夾持結構1的第二通光孔13的相對應處開設至少一條第三通光孔21 ；本實施例中，對應的第二通光孔13 和第三通光孔同軸線設計，實際應用中二者的軸線平行亦可。本實施例所示的第三通光孔 21為兩條，反射鏡5和基頻光部分輸出鏡6通過焊接或鉚接等機械方式安裝至第二夾持件 12上第三通光孔21所在的位置處，在這樣的條件下，反射鏡5和基頻光部分輸出鏡6與第一通光孔14平行，反射鏡5和基頻光部分輸出鏡6 二者位置可以互換；實際應用中，第三通光孔21亦可只有一條，在這種情況下，基頻光部分輸出鏡6的位置需與第三通光孔21對應。使用吋，反射鏡3、4的反光面與發射鏡5和基頻光部分輸出鏡6的反光面相對。雷射晶體7裝於諧振腔中，且位於反射鏡4和全反鏡5的中心線上，其亦可位於反射鏡3和基頻光部分輸出鏡6的中心線上；雷射晶體7可任選YAG、YV04、YLF等，實施方案採用 Nd:YV04，尺寸 3mm*3mm*10mm。激勵源耦合鏡組8和LD光纖耦合模塊9共同組成泵浦系統，與雷射晶體7和諧振腔共同形成雷射器。激勵源提供的能量穿過反射鏡三及第一通光孔13到達雷射晶體7在諧振腔內轉化為雷射最終通過基頻光部分輸出鏡將雷射輸出。該雷射器設計結構簡単，在機械結構保證的前提下，可免提示，直接組裝即可形成諧振腔。圖2為雷射器的第二夾持結構2有輕微傾斜變化的示意圖，當第一夾持結構1或者第二夾持結構2有稍微傾斜吋，第二夾持結構2相對第一夾持結構1的底面雖然有一定角度傾斜，但根據光路反射原理，全反鏡 5反射的光線到達反射鏡3的入射角度有稍許改變，其反射光線的出射角度亦隨之發生稍微變化仍能到達反射鏡4，同理反射鏡4的光線入射角度和出射角度亦隨之調整使出射光線到達基頻光部分輸出鏡，在上述光路反射過程中，若反射鏡3的光線入射角度増加，則出射角度亦隨者增加，而另一反射鏡4的光線入射角度均隨之減小，所以仍能滿足諧振條件， 不會影響諧振腔的穩定輸出。該圖只是演示效果，實際應用中絕對不會形成如此大的角度改變，由此可驗證該發明的可實施性。同理，對夾持エ裝1進行一定角度旋轉，也會得到相同的結論，此處不贅述。圖3是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第二實施例的示意圖，本發明第二實施例也為端泵基頻雷射器，是第一實施例的變形；與圖1所示第一實施例相同的機構部分在此不再詳細贅述，以下僅詳細描述結構變更的部分。本實施例具有改進的諧振腔的雷射器200包括激勵源、諧振腔和工作介質三部分；其中激勵源和工作介質不變；諧振腔中第一夾持結構1、安裝在第一夾持結構1上的反射鏡3、4、安裝在第二夾持結構2』上的全反鏡5 和基頻光部分輸出鏡6，以及第ー夾持結構1和第二夾持結構2』 二者之間的相對位置關係均不變化。本實施例中的第二夾持結構2』大體呈Z字形，包括分別設有與第一通光孔的軸線13相對應的第三通光孔21』的上夾持部22』、下夾持部23』，以及連接二者的連接部24』 ；其中上夾持部22』與下夾持部23』 二者平行錯開設置，因此裝於第三通光孔21』對應位置處的全反鏡5和基頻光部分輸出鏡6亦平行設置，二者相對於第二通光道14亦平行，不會對光的反射傳輸路徑產生影響；連接部24』大致位於第二夾持部2』的中間位置處並與上、下夾持部22』、23』垂直，實際應用中亦可為與上、下夾持部22』、23』非垂直連接。如此設計是為了在相同結構下變化雷射晶體兩側腔長使用，實際應用中可根據設計要求，増加或縮小上夾持部22』和下夾持部23』之間的間距。與第一實施例相似，實際應用中可只在安裝基頻光部分輸出鏡6的上夾持部22』或下夾持部23』的與第一通光孔13的對應位置處開設 ー個第三通光孔21，。圖4是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第三實施例的示意圖。本實施例所示雷射器為調Q雷射器。本具有改進的諧振腔的雷射器300包括激勵源、諧振腔和工作介質， 上述結構均與第一實施例相同，與第一實施例不同的是，其在諧振腔中増加了ー個能對諧振腔的Q值進行調節的調Q裝置10，調Q裝置位於與雷射晶體7所在位置不同的第一通光孔13和第三通光孔21所在的軸線上。圖5是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第四實施例的示意圖，本實施例所示雷射器為雙端泵雙晶體雷射器。本具有改進的諧振腔的雷射器400包括激勵源、諧振腔和工作介質，諧振腔的結構與第一實施例相同，激勵源和工作介質位置不變，不同的是激勵源和工作介質的數量均是第一實施例圖示的兩倍，兩激勵源分別在對應兩第一通光道13的諧振腔外，兩工作介質分別位於上下第一通光孔13和第三通光孔21之間的軸線上。圖6是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第五實施例的示意圖，本實施例所示雷射器亦為調Q雷射器。與其他實施例相比，本具有改進的諧振腔的雷射器500改變了激勵源進入諧振腔路線和工作介質即雷射晶體7的位置，當雷射晶體7的位置由第一通光孔 13和第三通光孔21之間位置的軸線上移到第二通光孔14內並位於其軸線上吋，激勵源與雷射晶體相対，亦轉移到諧振腔外與第二通光孔14相對應的位置處。圖7是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第六實施例的示意圖，本實施例為第五實施例基礎上的變形。與第六實施例相比，本具有改進的諧振腔的雷射器600増加了一個激勵源，使得激勵源的數量由ー個變為兩個，雷射晶體7仍位於第二通光孔14內的軸線上，兩激勵源均與雷射晶體相対，分別位於第一夾持結構1外與第二通光孔14的兩端對應的位置處。圖8是本發明具有改進的諧振腔的雷射器的第七實施例，本實施例為二倍頻雷射器應用本次改進結構的示意圖。與第四實施例相比，本具有改進的諧振腔的雷射器700在第一通光孔13和第三通光孔21之間的軸線上與雷射晶體7並列新增倍頻光偏振輸出鏡12 和倍頻晶體11，其中倍頻晶體11靠近第二夾持結構2放置，倍頻光偏振輸出鏡12位於雷射晶體7和倍頻晶體11之間。除上述實施例外，實際應用中根據需要圖4至圖8列舉到的第三至第七實施例亦可使用圖3所示第二實施例的變形結構，即安裝在第二夾持結構2』上的全反鏡5和基頻光部分輸出鏡6可採用平行錯開固定的方式來進行變形。與現有技術相比，本發明採用兩側面夾角呈90°的第一夾持結構1在側面上分別固定兩反射鏡3和4、第二夾持結構2或2』固定全反鏡5和與全反鏡平行或在ー個平面上設置的基頻光部分輸出鏡6構成的諧振腔，設計結構簡単，成本較低，便於實現，而且在第 ー夾持結構1或第二夾持結構2有輕微傾斜變化吋，根據光線傳輸原理，仍能形成諧振結構，不會影響諧振腔的穩定輸出。 以上僅列舉了實際應用中該具有改進的諧振腔的雷射器可以應用的部分雷射器中的情況，本發明的保護範圍不局限於上述列舉到的端面泵浦雷射器，如半導體側面泵浦、 燈泵浦雷射器等亦在本發明的保護範圍中。
權利要求
1.一種雷射器腔鏡夾持結構，其特徵在幹其包括兩側面夾角呈90°的第一夾持結構和與第一夾持結構相對設置的第二夾持結構；第一夾持結構包括貫穿所述兩側面設置的第一通光孔和與第一通光孔垂直並與第一通光孔的兩個端部相通並朝向第二夾持結構開設的兩個第二通光孔；第二夾持結構包括至少ー個第三通光孔，該第三通光孔與所述的第二通光孔中的ー個對應；第二夾持結構還包括與第一通光孔平行的主平面，該至少ー個第三通光孔貫穿該主平面。
2.如權利要求1所述的雷射器腔鏡夾持結構，其特徵在於所述第二夾持結構包括上夾持部、與上夾持部平行錯開設置的下夾持部，以及連接二者的連接部，至少上夾持部和下夾持部二者之一上開設第三通光孔。
3.一種雷射器諧振腔，其特徵在幹其包括兩側面夾角呈90°的第一夾持結構、固定在兩側面上的反射鏡、與第一夾持結構相對設置的第二夾持結構，以及固定在第二夾持結構上的全反鏡和基頻光部分輸出鏡；第一夾持結構包括位於兩反射鏡之間的第一通光孔和與第一通光孔垂直相通並朝向第二夾持結構開設的兩第二通光孔；第二夾持結構包括至少 ー個與第二通光孔對應且通向諧振腔外的第三通光孔，全反鏡和基頻光部分輸出鏡位於相同或相平行的平面上且二者均與第一通光孔平行；所述基頻光部分輸出鏡安裝在第三通光孔入口處。
4.如權利要求3所述的雷射器諧振腔，其特徵在於所述第二夾持結構呈Z字形，分別包括上夾持部、下夾持部，以及連接二者的連接部；其中上夾持部與下夾持部二者平行設置且二者中的至少ー個上開設第三通光孔。
5.如權利要求3或4所述的雷射器諧振腔，其特徵在於兩反射鏡相對於第二通光孔夾角均為45°。
6.如權利要求5所述的雷射器諧振腔，其特徵在於所述第三通光孔的數量為兩個，全反鏡和基頻光輸出鏡都安裝在第三通光孔入口處。
7.如權利要求5所述的雷射器諧振腔，其特徵在於第一夾持結構是四稜台結構，其包括與第二通光孔平行設置的底部，所述底部朝向第二夾持結構。
8.一種雷射器包括激勵源、諧振腔，工作介質，其特徵在於所述諧振腔包括兩側面夾角呈90°的第一夾持結構、固定在兩側面上的反射鏡、與第一夾持結構相對設置的第二夾持結構，以及固定在第二夾持結構上的全反鏡和基頻光部分輸出鏡；第一夾持結構包括位於兩反射鏡之間的第一通光孔和與第一通光孔垂直相通並朝向第二夾持結構開設的兩第二通光孔；第二夾持結構包括至少ー個與第一通光孔對應且通向諧振腔外的第三通光孔， 全反鏡和基頻光部分輸出鏡位於相同或相平行的平面上且二者均與第一通光孔平行；至少基頻光部分輸出鏡安裝在第三通光孔入口處。
9.如權利要求8所述的雷射器，其特徵在於第二夾持結構是長方體結構，其與第一夾持結構的底面相對且平行設置。
10.如權利要求8所述的雷射器，其特徵在於所述工作介質數量為一，位於ー對第二通光孔和第三通光孔之間，所述激勵源位於諧振腔外與第二通光孔和工作介質相対。
11.如權利要求10所述的雷射器，其特徵在於所述雷射器還包括位於另ー對第二通光孔和第三通光孔之間的調Q裝置。
12.如權利要求11所述的雷射器，其特徵在於所述雷射器還包括位於工作介質和第三通光孔之間的倍頻光偏振輸出鏡和倍頻晶體，其中倍頻晶體靠近第二夾持結構放置。
13.如權利要求8所述的雷射器，其特徵在於所述工作介質和激勵源數量均為ニ，每一工作介質分別位於ー對第二通光孔和第三通光孔之間，每ー激勵源位於諧振腔外分別與一第二通光孔和工作介質相対。
14.如權利要求8所述的雷射器，其特徵在於所述工作介質位於第一通光孔中，雷射源位於諧振腔外與第一通光孔和工作介質相対。
15.如權利要求14所述的雷射器，其特徵在於所述雷射器還包括位於ー對第二通光孔和第三通光孔之間的調Q裝置。
16.如權利要求15所述的雷射器，其特徵在於所述雷射源數量為ニ，分別位於諧振腔外第一通道的兩端與工作介質相対。
全文摘要
本發明涉及一種雷射器腔鏡夾持機構、雷射器諧振腔及雷射器。該雷射器腔鏡夾持機構包括兩側面夾角呈90°的第一夾持結構、固定在兩側面上的反射鏡、第二夾持結構，以及固定在第二夾持結構上的全反鏡和基頻光部分輸出鏡；第一夾持結構包括位於兩反射鏡之間的第二通光孔和與第二通光孔垂直相通並朝向第二夾持結構開設的兩第一通光孔；第二夾持結構包括兩個與第一通光孔軸線一致且通向諧振腔外的第三通光孔，全反鏡和基頻光部分輸出鏡二者位於相同的平面上或者平行設置且均與第二通光孔平行。本發明設計結構簡單，成本較低，便於實現，而且在第一夾持結構1或第二夾持結構2有輕微傾斜變化時，仍能形成諧振結構，可靠性好。
文檔編號H01S3/02GK102544988SQ20111010337
公開日2012年7月4日 申請日期2011年4月25日 優先權日2011年2月25日
發明者周密, 康治軍, 樊仲維, 毛柘, 王培峰, 王小發, 石朝輝, 閆曉超 申請人:北京國科世紀雷射技術有限公司