[发明专利]一种多路激光合光路系统

说明书

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。

背景技术

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，Ho:YAG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1、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。

附图说明

图1-本发明光路系统示意图，其中：1-45°全反镜，2-转盘1，3-步进电机1，4-步进电机2，5-转盘2，6-步进电机3，7-转盘3，8-耦合透镜；