[发明专利]一种高速响应激光光闸

说明书

技术领域  本发明属于激光加工领域，特别是大功率激光加工与高峰值功率脉冲激光加工领域。

背景技术

随着激光技术的进步，各种高端激光器不断涌现，新的加工要求也层出不穷。例如，连续泵浦单模紫外声光调Q固体激光器，很多公司激光器，一旦其平均输出功率达到8瓦以上，当激光器不出光一段时间，再打开Q开关时，由于热驰豫原因，有的甚至需要1秒钟恢复持续工作时的平均功率，这对于很多应用而言是不允许的，这时候需要使用激光光闸，其使用过程是这样的：激光一般处于持续调Q工作状态，以固定重复频率发出脉冲，激光光闸将光挡住，避免激光脉冲打在工件不需要加工的表面，需要激光脉冲时候，光闸打开，稳定运行的激光就直接打在工件上面，根据要求光闸可在需要的时候关闭，而不必让激光器停止出光。

一般时候，光闸的响应速度要求不高，但是有些领域要求极高的响应速度，例如硅片表面激光钻孔，孔与孔之间间距很小，光闸需要高速进行关断和打开，这时候一般机械光闸就不能够胜任了。

其实，可以高速响应的Q开关本身可以置于外光路中作为光闸使用，但是Q开关本身存在一些缺点：Q开关可能本身能够使激光模式变差；对于大功率激光器(例如1000 瓦 固体激光器)或者高峰值功率大脉冲能量激光器，Q开关不能够关断激光，起不到光闸的作用；另Q开关与驱动本身很贵，也限制了它的应用。

发明内容

传统机械式光闸主要缺点在于响应速度不高，而能够高速响应的Q开关当作光闸使用，存在成本高，且对于高峰值功率大脉冲能量激光器或者大功率激光器，Q开关很可能关不断所产生的激光。

本发明的目的在于设计一种高速响应激光光闸，应用于激光器需要工作在持续出光状态(连续或者调Q)的激光加工系统，避免激光热驰豫产生的不良影响。

本发明的目的是这样实现的：光闸挡光片由与激光相对应的反光片构成(其好处是大部分激光能量被反射掉而不是吸收)，挡光片装在电机的转子上(一般是主轴上)，在外接驱动信号下，电机主轴或者转子按照特定规律转动，挡光片因而脱离或者切入激光光路，使得激光通过或者被挡住。

本发明，一种高速响应激光光闸，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明将挡光片装在电机转子(一般是主轴)上面，能够实现挡光片快速旋转，使得挡光片快速挡住激光或者快速让激光通过；

2.本发明由于使用反光镜片作为挡光片，有效防止挡光片发热，大大扩大挡光片承受的激光功率范围和激光脉冲峰值功率范围，延长反光片的使用寿命。

3.本发明使用步进电机或者其他高速电机，很容易高速控制挡光片的位置或者角度状态。

4.本发明所采用的方案，可以实现快速、远行程、大光斑的挡光功能，这是目前各种机械式光开关不能比拟的。

附图说明

通过以下对本发明一种高速响应激光光闸若干实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1 实施例一是挡光片反射面平行于电机主轴的实施例子；其中(a)是振镜挡光示意图；(b)是激光通过情形，(c)是激光被挡住的情形。

图2 实施例二是挡光片反射面垂直于电机主轴的实施例子；其中(a)是振镜挡光示意图；(b)是激光通过情形，(c)是激光被挡住的情形。

具体实施方式

请参见图1所示，这是本发明一种高速响应激光光闸的一种实施例。见图1(a)，其中1是伺服电机，主轴2与伺服电机1主轴相连，3是中心波长为355nm介质膜反射镜，固定在主轴2上面，波长为355nm的紫外入射光束4经反射镜3挡住并反射形成反射光束5，如果没有反射镜挡住并反射，入射光束4便直射形成光束6。进一步的说明请见图1(b)，7是反射镜片3的转轴，当反射镜片3与激光束4平行时，入射光束4便直射形成光束6，其中光束直径2mm，光束中心线与反射镜3表面距离1.5mm。请见图1(c)，反射镜片3绕转轴7旋转30度角度，反射镜片宽度12mm，其边缘在竖直方向位移大约是12mm×0.5×sin(30°)＝3mm，反射镜片3足以挡住并反射激光束4，形成反射光束5。本实施例激光开关的响应速度可小于4ms。