CN115051234A - 一种准连续绿色激光发光装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种准连续绿色激光发光装置及其使用方法，种子激光光路包括激光器，激光器发出种子激光；种子激光穿过偏振分光镜后分为第一激光和第二激光；第二激光与第一激光传播方向呈九十度；第一分光路包括第一倍频晶体和第一双色镜；第一激光穿过第一倍频晶体后形成第一倍频激光，第一倍频激光穿过第一双色镜后分为第一无用激光和第一单色激光；第一单色激光进入偏振合束镜；第二分光路包括第二倍频晶体、第二双色镜和第三双色镜；第二激光穿过第二倍频晶体后形成第二倍频激光，第二倍频激光穿过第二双色镜后分为第二无用激光和第二单色激光；偏振合束镜出射合成激光，本技术方案利用价格较低的红光激光器得到绿色的激光。

Description

一种准连续绿色激光发光装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体地说，涉及一种准连续绿色激光发光装置及其使用方法。

背景技术

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方向之一。激光焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使待焊接工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

激光焊接通常采用高功率连续激光器，对于部分精密的薄板焊接通常采用红外连续激光器，由于高反的铜材常温状态对1um波段激光的冷吸收率很低(接近10％)，然而随着温度升高后，吸收率会逐步增强(直至大于40％)，由此采用红外连续激光器进行焊接高反铜材的时候，熔化的铜材在熔池内吸收率逐渐增大，大量的热被熔化后的铜材吸收以后，因为温度过高而飞溅，严重影响焊接质量。因此，激光焊接高反的铜材通常需要蓝光或者绿光激光器。

其中，蓝光波长在400nm左右，通常采用多个半导体蓝光芯片耦合到光纤中形成，成本高昂，且光束质量极差，焊接时光斑过大，不适合精密焊接应用。

因此，激光焊接技术领域亟需一种针对高反的铜材焊接的准连续绿光激光器。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种准连续绿色激光发光装置及其使用方法，采用窄线宽(光谱宽度小于0.5nm)的非偏振(随机偏振)连续红外激光器作为前级，采用偏振分光加两路LBO倍频，最后将转换的绿色激光再进行偏振合成。

本发明的技术方案是这样实现的：一种准连续绿色激光发光装置，其包括种子激光光路、偏振分光镜、第一分光路、第二分光路、偏振合束镜，其中，种子激光光路包括激光器，所述激光器发出种子激光；种子激光穿过偏振分光镜后分为第一激光和第二激光；第一激光与种子激光传播的方向相同，第二激光与第一激光传播方向呈九十度；所述第一分光路包括第一倍频晶体和第一双色镜；第一激光穿过第一倍频晶体后形成第一倍频激光，第一倍频激光穿过第一双色镜后分为第一无用激光和第一单色激光；第一单色激光进入偏振合束镜；第二分光路包括第二倍频晶体、第二双色镜和第三双色镜；第二激光穿过第二倍频晶体后形成第二倍频激光，第二倍频激光穿过第二双色镜后分为第二无用激光和第二单色激光；第二单色激光被第三双色镜反射后进入偏振合束镜；偏振合束镜出射合成激光。

在以上技术方案的基础上，优选的，偏振分光镜为红光偏振分光镜，所述偏振合束镜为绿光偏振合束镜。

在以上技术方案的基础上，优选的，激光器为窄带连续激光器或单频连续激光器或纳秒脉冲激光器或超快脉冲激光器。

在以上技术方案的基础上，优选的，种子激光光路还包括激光放大器和激光准直隔离器，种子激光依次穿过激光放大器和激光准直隔离器之后进入偏振分光镜。

在以上技术方案的基础上，优选的，第一分光路还包括第一聚焦透镜，第一激光穿过第一聚焦透镜后进入第一倍频晶体。

在以上技术方案的基础上，优选的，第一分光路还包括第一准直透镜，所述第一倍频激光穿过第一准直透镜后进入第一双色镜。

在以上技术方案的基础上，优选的，第二分光路还包括第二聚焦透镜，所述第二激光穿过第二聚焦透镜后进入第二倍频晶体。

在以上技术方案的基础上，优选的，第二分光路还包括第二准直透镜，第二倍频激光穿过第二准直透镜后进入第二双色镜。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括红光高反镜，被红光高反镜反射后的第二激光进入第二聚焦透镜。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括第一收光筒和第二收光筒，第一无用激光进入第一收光筒，第二无用激光进入第二收光筒。

本发明的一种准连续绿色激光发光装置及其使用方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)激光器采用准连续随机偏振激光器，通过激光放大器以及偏振合束镜后，最终得到的合成激光的峰值功率足够高；

(2)通过光栅选模和非线性控制手段将光谱宽度控制在较窄的范围内；

(3)采用第一分光路和第二分光路将红外光分成两路，第一分光路利用第一倍频晶体，第二分光路利用第二倍频晶体，分担一个倍频晶体的压力；

(4)利用价格较低的红光激光器得到绿色的激光。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种准连续绿色激光发光装置的光路图；

图2为本发明一种准连续绿色激光发光装置的光路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种准连续绿色激光发光装置，其包括种子激光光路1、偏振分光镜2、第一分光路3、第二分光路4和偏振合束镜5。

其中，种子激光光路1，如图1和图2所示，包括激光器11，所述激光器11发出种子激光121，激光器11也可以选用窄带连续激光器或单频连续激光器或纳秒脉冲激光器或超快脉冲激光器，本实施例中激光器11以光谱宽度小于0.1nm非偏振的连续红外激光器为例，该激光器11采用标准的连续光纤振荡器构造，靠近输出端的低反光栅采用窄带光栅，种子激光121光谱宽度小于0.1nm，通过调节激光器的泵浦源电流，形成脉冲输出的种子激光121，种子激光121脉宽50us～50ms，输出峰值功率约为10W；激光器11作为激光放大器12的注入光源，要求线宽小于0.1nm，可脉冲调制工作，脉冲宽度和重复频率可调。

为了使激光器11发出的种子激光121符合要求，作为一种优选的实施方式，种子激光光路1还包括激光放大器12和激光准直隔离器13，种子激光121依次穿过激光放大器12和激光准直隔离器13之后进入偏振分光镜2，激光放大器12将输入的种子激光121进行放大，峰值功率放大到1kw～3KW，平均功率放大到100W～500W，放大后的种子激光121光谱宽度控制在0.5nm以内；激光放大器12输出的激光经过准直隔离器13输出，激光经过准直隔离器13一方面将种子激光121进行准直后输出，另一方面用于防止被光学装置反射的部分种子激光121回到激光器11，损坏激光器11。

种子激光121穿过偏振分光镜2后分为第一激光122和第二激光123；第一激光122穿过偏振分光镜2后出射，第一激光122与种子激光121传播的方向相同，第二激光123被偏振分光镜2反射后出射，第二激光123与第一激光122传播方向呈九十度，由于激光器11与激光放大器12均采用非保偏光纤，所以种子激光121偏振态为随机偏振，又因为偏振分光镜2采用红光偏振分光镜，随机偏振的种子激光121穿过偏振分光镜2后被分为第一激光122和第二激光123，并且第一激光122与第二激光123为正交的偏振态。

第一分光路3，如图1和图2所示，包括第一倍频晶体31、第一双色镜32、第一聚焦透镜33和第一准直透镜34。

第一激光122穿过第一聚焦透镜33后进入第一倍频晶体31，本实施例中第一倍频晶体31选用二倍频晶体的三硼酸锂晶体，第一倍频晶体31还可以根据实际需要选择合适波长的三倍频晶体或四倍频晶体，为了避免进入第一倍频晶体31的第一激光122的浪费，先利用第一聚焦透镜33对第一激光122进行汇聚。

汇聚后的第一激光122穿过第一倍频晶体31后形成第一倍频激光124，第一倍频激光124穿过第一准直透镜34后进入第一双色镜32，第一倍频激光124包括倍频后的绿色激光和未进行倍频的红外光，因此，第一倍频激光124穿过第一双色镜32后分为第一无用激光125和第一单色激光126，第一无用激光125为未进行倍频的红外光，第一单色激光126为倍频后的绿色激光，第一无用激光125穿过第一双色镜32后出射，第一单色激光126被第一双色镜32反射后出射。

还包括红光高反镜7，由于第一激光122与第二激光123为正交的偏振态，为了缩小整个结构的体积，第二激光123被红光高反镜7反射后进入第二聚焦透镜44。

第二激光123穿过第二聚焦透镜44后进入第二倍频晶体41，本实施例中第二倍频晶体41选用二倍频晶体三硼酸锂晶体，也可以根据实际需要选择合适波长的三倍频晶体或四倍频晶体。第二激光123穿过第二倍频晶体41后形成第二倍频激光127，第二倍频激光127穿过第二准直透镜45后进入第二双色镜42，第二倍频激光127包括倍频后的绿色激光和未进行倍频的红外光，第二倍频激光127穿过第二双色镜42后分为第二无用激光128和第二单色激光129，第二无用激光128为未进行倍频的红外光，第二单色激光129为倍频后的绿色激光，第二无用激光128穿过第二双色镜42后直接出射，第二单色激光129被第二双色镜42反射后到达第三双色镜43。

第二单色激光129被第三双色镜43反射后进入偏振合束镜5，第一单色激光126进入偏振合束镜5；偏振合束镜5最终出射合成激光130。

还包括第一收光筒61和第二收光筒62，第一无用激光125进入第一收光筒61，第二无用激光128进入第二收光筒62，由于第一无用激光125与第二无用激光128为红外激光，本技术方案中不需要红外激光用于焊接，因此红外激光在本技术方案中属于无用的激光。由于红外激光进入自然界会产生辐射，影响人们的正常生活，所以利用第一收光筒61和第二收光筒62回收，避免红外激光出射后对环境造成光污染。

以下介绍本发明一种准连续绿色激光发光装置的使用方法：

S1，种子激光121的调整：

激光器11发出红色的种子激光121，种子激光121的功率经过激光放大器12的放大后再经过激光准直隔离器13后进入偏振分光镜2。

S2，调整后的种子激光121的分光：

调整后的种子激光121穿过偏振分光镜2后分为第一激光122和第二激光123，其中第一激光122与第二激光123为正交的偏振态。

第一激光122进入第一分光路3，第二激光进入第二分光路4。

S3，第一分光路3内绿色激光的获取：

第一激光122穿过第一聚焦透镜33后进入第一倍频晶体31，第一聚焦透镜33对第一激光122进行汇聚，汇聚后的第一激光122穿过第一倍频晶体31后形成第一倍频激光124，第一倍频激光124穿过第一准直透镜34后进入第一双色镜32，第一倍频激光124包括倍频后的绿色激光和未进行倍频的红外光，因此，第一倍频激光124穿过第一双色镜32后分为第一无用激光125和第一单色激光126，第一无用激光125为未进行倍频的红外光，第一单色激光126为倍频后的绿色激光。

S4，第二分光路4内绿色激光的获取：

第二激光123被红光高反镜7反射后进入第二聚焦透镜44，第二激光123穿过第二聚焦透镜44后进入第二倍频晶体41，第二激光123穿过第二倍频晶体41后形成第二倍频激光127，第二倍频激光127穿过第二准直透镜45后进入第二双色镜42，第二倍频激光127包括倍频后的绿色激光和未进行倍频的红外光，第二倍频激光127穿过第二双色镜42后分为第二无用激光128和第二单色激光129，第二无用激光128为未进行倍频的红外光，第二单色激光129为倍频后的绿色激光。

S5，无用激光的回收：

第一无用激光125进入第一收光筒61，第二无用激光128进入第二收光筒62。

S6，绿色激光的出射：

第二单色激光129被第三双色镜43反射后进入偏振合束镜5，第一单色激光126进入偏振合束镜5；偏振合束镜5出射合成激光130。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种准连续绿色激光发光装置，其包括种子激光光路(1)、偏振分光镜(2)、第一分光路(3)、第二分光路(4)和偏振合束镜(5)，其中，

种子激光光路(1)包括激光器(11)，所述激光器(11)发出种子激光(121)；

种子激光(121)穿过偏振分光镜(2)后分为第一激光(122)和第二激光(123)；第一激光(122)与种子激光(121)传播的方向相同，第二激光(123)与第一激光(122)传播方向呈九十度；

其特征在于：所述第一分光路(3)包括第一倍频晶体(31)和第一双色镜(32)；

第一激光(122)穿过第一倍频晶体(31)后形成第一倍频激光(124)，第一倍频激光(124)穿过第一双色镜(32)后分为第一无用激光(125)和第一单色激光(126)；

第一单色激光(126)最终进入偏振合束镜(5)；

第二分光路(4)包括第二倍频晶体(41)、第二双色镜(42)和第三双色镜(43)；

第二激光(123)穿过第二倍频晶体(41)后形成第二倍频激光(127)，第二倍频激光(127)穿过第二双色镜(42)后分为第二无用激光(128)和第二单色激光(129)；

第二单色激光(129)被第三双色镜(43)反射后最终进入偏振合束镜(5)；

偏振合束镜(5)出射合成激光(130)。

2.如权利要求1所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：所述偏振分光镜(2)为红光偏振分光镜，所述偏振合束镜(5)为绿光偏振合束镜。

3.如权利要求1所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：所述激光器(11)为窄带连续激光器或单频连续激光器或纳秒脉冲激光器或超快脉冲激光器。

4.如权利要求1所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：所述种子激光光路(1)还包括激光放大器(12)和激光准直隔离器(13)，种子激光(121)依次穿过激光放大器(12)和激光准直隔离器(13)之后进入偏振分光镜(2)。

5.如权利要求4所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：所述第一分光路(3)还包括第一聚焦透镜(33)，第一激光(122)穿过第一聚焦透镜(33)后进入第一倍频晶体(31)。

6.如权利要求5所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：所述第一分光路(3)还包括第一准直透镜(34)，所述第一倍频激光(124)穿过第一准直透镜(34)后进入第一双色镜(32)。

7.如权利要求6所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：还包括红光高反镜(7)，所述第二分光路(4)还包括第二聚焦透镜(44)，被红光高反镜(7)反射后的第二激光(123)穿过第二聚焦透镜(44)后进入第二倍频晶体(41)。

8.如权利要求7所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：所述第二分光路(4)还包括第二准直透镜(45)，第二倍频激光(127)穿过第二准直透镜(45)后进入第二双色镜(42)。

9.如权利要求8所述的一种准连续绿色激光发光装置，其特征在于：还包括第一收光筒(61)和第二收光筒(62)，第一无用激光(125)进入第一收光筒(61)，第二无用激光(128)进入第二收光筒(62)。

10.一种准连续绿色激光发光装置的使用方法，其特征在于，采用权利要求9所述的一种准连续绿色激光发光装置，包括以下步骤：

S1，种子激光(121)的调整：

启动激光器(11)，激光器发出红色的种子激光(121)，种子激光(121)的功率经过激光放大器(12)的放大后再经过激光准直隔离器(13)后进入偏振分光镜(2)；

S2，调整后的种子激光(121)的分光：

调整后的种子激光(121)穿过偏振分光镜(2)后分为第一激光(122)和第二激光(123)，其中第一激光(122)与第二激光(123)为正交的偏振态；

第一激光(122)进入第一分光路(3)，第二激光进入第二分光路(4)；

S3，第一分光路(3)内绿色激光的获取：

第一激光(122)穿过第一聚焦透镜(33)后进入第一倍频晶体(31)，第一聚焦透镜(33)对第一激光(122)进行汇聚，汇聚后的第一激光(122)穿过第一倍频晶体(31)后形成第一倍频激光(124)，第一倍频激光(124)穿过第一准直透镜(34)后进入第一双色镜(32)，第一倍频激光(124)包括倍频后的绿色激光和未进行倍频的红外光，因此，第一倍频激光(124)穿过第一双色镜(32)后分为第一无用激光(125)和第一单色激光(126)，第一无用激光(125)为未进行倍频的红外光，第一单色激光(126)为倍频后的绿色激光；

S4，第二分光路(4)内绿色激光的获取：

第二激光(123)被红光高反镜(7)反射后进入第二聚焦透镜(44)，第二激光(123)穿过第二聚焦透镜(44)后进入第二倍频晶体(41)，第二激光(123)穿过第二倍频晶体(41)后形成第二倍频激光(127)，第二倍频激光(127)穿过第二准直透镜(45)后进入第二双色镜(42)，第二倍频激光(127)包括倍频后的绿色激光和未进行倍频的红外光，第二倍频激光(127)穿过第二双色镜(42)后分为第二无用激光(128)和第二单色激光(129)，第二无用激光(128)为未进行倍频的红外光，第二单色激光(129)为倍频后的绿色激光；

S5，无用激光的回收：

第一无用激光(125)进入第一收光筒(61)，第二无用激光(128)进入第二收光筒(62)；

S6，绿色激光的出射：

第二单色激光(129)被第三双色镜(43)反射后进入偏振合束镜(5)，第一单色激光(126)进入偏振合束镜(5)；偏振合束镜(5)出射合成激光(130)。

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