用於玻璃高速加工的電光q雷射器的製作方法

2023-05-16 21:29:31 2

專利名稱：用於玻璃高速加工的電光q雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射器，特別是一種用於玻璃高速加工的電光Q雷射器。 技術背景目前市場上的大部分端面泵浦的雷射器，採用的是808nm輸出的耦合光纖的雷射二極體和聲光調Q系統。摻釹釩酸釔(以下簡稱為NchYVO4 )雷射晶體由於吸收係數大， 能夠輸出線偏振雷射已經獲得了廣泛的應用，但是NchYVO4晶體的熱學和機械加工性能較差，808 nm半導體雷射器泵浦Nd: YVO4雷射晶體只能獲得中、小功率的雷射輸出。隨著微精細加工等先進位造技術對雷射功率、雷射光束質量、雷射偏振態的要求越來越高，傳統的808 nm半導體雷射泵浦固體雷射器，由於雷射晶體熱透鏡效應嚴重而表現出雷射泵浦效率和光束質量已經很難滿足微精細加工的要求。目前市場上的大部分端面泵浦的雷射器，採用的是聲光Q系統，由於聲光Q是通過光束偏轉的原理進行鎖光，並且從鎖光狀態切換到放光狀態通常需要50ns以上的時間，很難在高重頻率條件下獲得脈寬lmj的雷射。而電光調Q，由於普克爾斯效應，使往返通過晶體的線偏振光的振動方向改變η /2，使諧振腔不能產生震蕩，鎖光性能相對聲光Q更好，而且電光Q開關從鎖光狀態切換到發光狀態只需要數個ns的時間，因此更容易獲得脈寬更窄、峰值功率更高的雷射束。目前市場上，玻璃的加工主要是以傳統的機械切割、鑽孔、或者使用化學的方法對玻璃的表面進行蝕刻。使用傳統機械的方法對玻璃進行加工時，由於鑽頭的機械性，不能在玻璃上直接鑽出直徑<0. 8mm的圓孔；另外在加工的過程中，由於鑽頭或者刀頭磨損等原因，導致切割的精度、切割邊緣的質量、成品率等都無法保證；而且在加工過程中往往需要使用冷卻液，在加工完成後，需要過水清洗或者進行超聲波清洗，費時費力而且容易汙染環
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發明內容本實用新型的目的是為了克服上述現有技術的缺陷，提供一種用於玻璃高速加工的電光Q雷射器。該雷射器的輸出波長為532nm綠光，平均輸出最大功率達11瓦，最高頻率達IOOKHz以上，最大單脈衝能量>lmj，雷射脈寬11瓦，頻率可達IOOKHz以上，單脈衝能量>lmj，雷射脈寬<5ns ；光束質量因子M2 < 1. 2的單模綠光。(3)本實用新型本實用新型雷射器可用於玻璃表面高速蝕刻、鑽孔、切割等應用。 應用於玻璃蝕刻，可以在玻璃表面形成直徑為0.003mm 0. Olmm的微小的損傷點，通過運動控制系統來排列這些微小的損傷點，就可以形成玻璃表面蝕亥IJ、鑽孔和切割的效果。

圖1為本實用新型用於玻璃高速加工的電光Q雷射器最佳實施例的結構原理圖[0024]圖中1 一雷射二極體2—耦合光纖3—第一平凸鏡4 一第二平凸鏡5 — 後腔鏡6 - NdiYVO4晶體7 —偏振片8 —電光Q開關9 一 λ /4波片10 — 45°反射鏡11 一 45°透反鏡12 —倍頻晶13 —前腔鏡14 一 45°平面透反鏡15—矽光二極體16—雷射輸出功率負反饋單元17—驅動電源18—雷射輸出光束。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型的保護範圍。先請參閱圖1，圖1為本實用新型用於玻璃高速加工的電光Q雷射器最佳實施例的結構原理圖，由圖可見，本實用新型用於玻璃高速加工的電光Q雷射器的構成包括一臺具有驅動電源17和輸出耦合光纖2的輸出波長為880nm的雷射二極體1 』沿所述的耦合光纖2輸出的雷射方向依次是第一平凸透鏡3和第二平凸透鏡4、後腔鏡5、雷射介質6、偏振片7、電光Q開關8、λ /4波片9、45度反射鏡10、45度透反鏡11、倍頻晶體 12和前腔鏡13 ；所述的第一平凸透鏡3和第二平凸透鏡4的雙面鍍880nm增透膜，組成整形光學系統；所述的後腔鏡5、平面反射鏡10、45度透反鏡11、前腔鏡13及置於所述的後腔鏡5 和45度反射鏡10之間的雷射介質6、偏振片7、電光Q開關8、λ /4波片9組成1064nm諧振腔，所述的前腔鏡13與45度透反鏡11及置於該二者之間的倍頻晶體12組成倍頻腔；所述的後腔鏡5為平凸透鏡結構，所述的後腔鏡5的凸面為1064nm諧振腔的後腔面，該後腔鏡5的平面鍍880nm增透膜，凸面為0° 1064nm高反膜和880nm增透膜；雷射介質6雙端面為0° 880nm和1064nm的增透膜；所述的45度反射鏡10為一塊光學平面鏡片，單面鍍45° 1064nm高反膜；所述的45度透反鏡11的一個單面鍍45° 1064nm高反膜和532nm高透膜，另一面鍍532nm增透膜；所述的前腔鏡13的凸面鍍0° 1064nm和532nm 高反膜並構成諧振腔的前腔面；所述的45度透反鏡11成為532nm雷射的輸出鏡；所述的雷射二極體1的輸出耦合光纖2的輸出端位於所述的整形光學系統的前焦點，該整形光學系統的後焦點處於所述的雷射介質6之中。本實施例，在所述的45度透反鏡11的雷射輸出方向還設有一片532nm45°透反平面鏡14，在該45°透反平面鏡14的反射方向設有矽光二極體15組成雷射輸出功率的檢測單元，該矽光二極體15的輸出端經一負反饋單元16與所述的驅動電源17的控制端相連。本實施例中，所述的雷射介質6為NchYVO4雷射晶體。所述的倍頻晶體12為三硼酸鋰，所述的雷射二極體1和雷射介質6都設有半導體熱電控制器，嚴格控制溫度。經試用表明，本實用新型使用了輸出波長為880nm的雷射二極體，與通常使用的輸出的808nm波長的雷射二極體相比，880nm雷射泵浦Nd:YVO4雷射晶體可以降低斯託克斯位移，提高量子效率，使熱透鏡效應下降40 %以上，從而使本實用新型雷射器獲得更大功率、更好的高光束質量、線偏振雷射輸出。本實用新型使用了高重頻的電光Q開關，配合880nm的雷射二極體作為泵浦源，可以輸出平均輸出最大功率達11瓦，最高頻率達IOOKHz以上，最大單脈衝能量>lmj，雷射脈寬<5ns ；光束質量因子M2 < 1. 2的單模綠光。 試驗表明，本實用新型雷射器輸出的532nm雷射，可以在玻璃表面形成直徑為 0. 003mm 0. Olmm的微小的損傷點，通過運動控制系統來排列這些微小的損傷點，就可以形成玻璃表面蝕刻、鑽孔和切割的效果。而且可以將玻璃加工過程中的崩邊控制在0. 03mm 以內。對玻璃表面進行雷射蝕刻、鑽孔、切割等進行加工，可以直接一次成形，無需進行後道的處理。大大降低了工藝時間和工藝的複雜度，也無需使用化學蝕刻的方法，從而降低了對於環境的影響。
權利要求1.一種用於玻璃高速加工的電光Q雷射器，特徵在於其構成包括一臺具有驅動電源(17)和輸出耦合光纖(2)的輸出波長為880nm的雷射二極體(1)； 沿所述的耦合光纖(2)輸出的雷射方向依次是第一平凸透鏡(3)和第二平凸透鏡(4)、後腔鏡(5)、雷射介質(6)、偏振片(7)、電光Q開關(8)、入/4波片(9)、45度反射鏡(10)、45度透反鏡(11)、倍頻晶體(12 )和前腔鏡(13 )；所述的第一平凸透鏡(3)和第二平凸透鏡(4)的雙面鍍880nm增透膜，組成整形光學系統；所述的後腔鏡(5)、平面反射鏡(10)、45度透反鏡(11)、前腔鏡(13)及置於所述的後腔鏡(5)和45度反射鏡(10)之間的雷射介質(6)、偏振片(7)、電光Q開關(8)、λ/4波片(9) 組成1064nm諧振腔，所述的前腔鏡(13)與45度透反鏡(11)及置於該二者之間的倍頻晶體 (12)組成倍頻腔;所述的後腔鏡(5)為平凸透鏡結構，所述的後腔鏡(5)的凸面為1064nm諧振腔的後腔面，該後腔鏡(5)的平面鍍880nm增透膜，凸面為0° 1064nm高反膜和880nm增透膜；雷射介質(6)雙端面為0° 880nm和1064nm的增透膜；所述的45度反射鏡(10)為一塊光學平面鏡片，單面鍍45° 1064nm高反膜；所述的45度透反鏡(11)的一個單面鍍45° 1064nm 高反膜和532nm高透膜，另一面鍍532nm增透膜；所述的前腔鏡(13)的凸面鍍0° 1064nm 和532nm高反膜並構成諧振腔的前腔面；所述的45度透反鏡(11)成為532nm雷射的輸出鏡；所述的雷射二極體(1)的輸出耦合光纖(2)的輸出端位於所述的整形光學系統的前焦點，該整形光學系統的後焦點處於所述的雷射介質(6)之中。
2.根據權利要求1所述的用於玻璃高速加工的電光Q雷射器，其特徵是在所述的45度透反鏡(11)的雷射輸出方向還設有一片532nm 45°透反平面鏡(14)，在該45°透反平面鏡(14)的反射方向設有矽光二極體(15)組成一雷射輸出功率的檢測單元，該矽光二極體 (15)的輸出端經一負反饋單元(16)與所述的驅動電源(17)的控制端相連。
3.根據權利要求1所述的用於玻璃高速加工的電光Q雷射器，其特徵在於所述的雷射介質(6 )為Nd YVO4雷射晶體。
4.根據權利要求1所述的用於玻璃高速加工的電光Q雷射器，其特徵在於所述的倍頻晶體(12)為三硼酸鋰，其溫度由一個小型加熱爐和相應的爐溫控制器實現。
5.根據權利要求1至4任一項所述的用於玻璃高速加工的電光Q雷射器，其特徵在於所述的雷射二極體和雷射介質都設有半導體熱電控制器，嚴格控制溫度。
專利摘要一種用於玻璃高速加工的電光Q雷射器，包括一臺具有驅動電源和輸出耦合光纖的輸出波長為880nm的雷射二極體；沿所述的耦合光纖輸出的雷射方向依次是第一平凸透鏡和第二平凸透鏡、後腔鏡、雷射介質、偏振片、電光Q開關、λ/4波片、45度反射鏡、45度透反鏡、倍頻晶體和前腔鏡；該雷射器的輸出波長為532nm綠光，平均輸出最大功率達11瓦，最高頻率達100kHz以上，最大單脈衝能量>1mJ，雷射脈寬<5ns；光束質量因子M2≤1.2。本實用新型雷射器可用於玻璃表面高速蝕刻、鑽孔、切割等應用。
文檔編號H01S3/115GK202183552SQ20112028507
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月8日 優先權日2011年8月8日
發明者施偉, 沈宏華, 田懷勇, 蔡志武, 金英傑 申請人:上海致凱捷雷射科技有限公司