專利名稱：大功率CO₂激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大功率(X)2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
CO2激光照射非線性晶體(如磷鍺鋅、硒鎵銀等)產(chǎn)生的倍頻(如二次諧波)輸出能量或功率與激光的入射角度(入射匹配角)有關(guān)，偏離匹配角則會(huì)使倍頻輸出下降，偏離角度越大則倍頻輸出下降越多。當(dāng)激光照射晶體時(shí)，晶體的溫度將會(huì)升高，而溫升能夠引起晶體的折射率發(fā)生變化，折射率變化將直接導(dǎo)致晶體的入射匹配角變化，從而影響倍頻輸出。照射時(shí)激光參數(shù)對(duì)于晶體溫升影響很大，特別是對(duì)于大功率(X)2激光而言，當(dāng)照射功率、波長(zhǎng)、頻率等參數(shù)變化時(shí)均可導(dǎo)致匹配角變化，即使對(duì)于晶體采取了溫度控制措施，但實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)抵消不了大功率激光照射時(shí)產(chǎn)生的溫度升高速度，由此產(chǎn)生的溫升導(dǎo)致輸出不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中大功率激光突然照射產(chǎn)生的瞬態(tài)溫升與恒溫/冷卻速度較慢的矛盾問(wèn)題，CO2激光不同波長(zhǎng)照射時(shí)由于晶體對(duì)不同波長(zhǎng)的吸收系數(shù)不同而產(chǎn)生的溫度變化問(wèn)題，以及激光照射頻率突然變化產(chǎn)生的溫升問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大功率CO2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下大功率CO2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，包括底座、轉(zhuǎn)盤、光柵、編碼器讀出頭、蝸輪、蝸桿、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸、步進(jìn)電機(jī)、DSP控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、溫度傳感器、晶體、下轉(zhuǎn)軸和上轉(zhuǎn)軸；下轉(zhuǎn)軸安裝在底座中，蝸輪與下轉(zhuǎn)軸固定連接，上轉(zhuǎn)軸與蝸輪固定連接，轉(zhuǎn)盤與上轉(zhuǎn)軸固定連接，光柵與轉(zhuǎn)盤固定連接，編碼器讀出頭安裝在底座上并與DSP控制器連接，溫度傳感器粘貼在晶體表面，信號(hào)調(diào)理模塊與溫度傳感器連接，步進(jìn)電機(jī)與底座固定連接，蝸輪與蝸桿滑動(dòng)接觸連接，蝸桿與步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸固定連接，步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸與步進(jìn)電機(jī)固定連接，DSP控制器與步進(jìn)電機(jī)連接。本發(fā)明的有益效果是利用溫度傳感器測(cè)得的晶體溫度通過(guò)軸角編碼器控制電動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)大功率ω2激光在照射參數(shù)突然改變時(shí)仍然保持倍頻晶體工作在最佳狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明大功率(X)2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的示意圖。圖2是圖1的仰視圖。圖中1、底座，2、轉(zhuǎn)盤，3、光柵，4、編碼器讀出頭，5、蝸輪，6、蝸桿，7、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸，8、步進(jìn)電機(jī)，9、編碼器信號(hào)線，10、DSP控制器，11、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線，12、信號(hào)調(diào)理模塊，13、溫度信號(hào)線，14、溫度傳感器，15、晶體，16、下轉(zhuǎn)軸，17、上轉(zhuǎn)軸。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明大功率(X)2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置包括 底座1、轉(zhuǎn)盤2、光柵3、編碼器讀出頭4、蝸輪5、蝸桿6、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸7、步進(jìn)電機(jī)8、DSP 控制器10、信號(hào)調(diào)理模塊12、溫度傳感器14、晶體15、下轉(zhuǎn)軸16和上轉(zhuǎn)軸17 ；下轉(zhuǎn)軸16安裝在底座1中，蝸輪5與下轉(zhuǎn)軸16固定連接，上轉(zhuǎn)軸17與蝸輪5固定連接，轉(zhuǎn)盤2與上轉(zhuǎn)軸17固定連接，光柵3與轉(zhuǎn)盤2固定連接，編碼器讀出頭4安裝在底座1上，并通過(guò)編碼器信號(hào)線9與DSP控制器10連接，溫度傳感器14通過(guò)導(dǎo)熱膠粘貼在晶體15表面，信號(hào)調(diào)理模塊12通過(guò)溫度信號(hào)線13與溫度傳感器14連接，步進(jìn)電機(jī)8與底座1固定連接，蝸輪5 與蝸桿6滑動(dòng)接觸連接，蝸桿6與步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸7固定連接，步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸7與步進(jìn)電機(jī)8固定連接，DSP控制器10通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線11與步進(jìn)電機(jī)8連接。實(shí)施例底座1、轉(zhuǎn)盤2、蝸輪5、蝸桿6、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸7、下轉(zhuǎn)軸16、上轉(zhuǎn)軸17均可由鋼材料制成，光柵3和編碼器讀出頭4可由renishaw公司的SIGNUM角度編碼器制成，步進(jìn)電機(jī) 8是金壇市四海電機(jī)電器廠的42BYG型號(hào)步進(jìn)電機(jī)，DSP控制器10可由"Texas Instruments 公司的F2812DSP為核心制成，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線11可由普通屏蔽電纜制成，信號(hào)調(diào)理模塊12可由上海辰竹公司的CZ3043型號(hào)信號(hào)調(diào)理模塊制成，溫度信號(hào)線13、溫度傳感器14 均可由上海天沐公司的PtlOO制成，晶體15為磷鍺鋅晶體，晶體入射匹配角與晶體溫度關(guān)系由下式計(jì)算y = 0. 056 (t0_tx)式中y為晶體入射匹配角，單位度；、為激光照射前的晶體溫度，單位?。蝗蕿榧す庹丈浜蟮木w溫度，單位°C。首先，在不對(duì)晶體15照射CO2激光的情況下將一種功率很小的準(zhǔn)直激光對(duì)準(zhǔn)晶體 15的入射匹配角，此時(shí)，稱為激光入射角度與晶體入射匹配角在匹配狀態(tài)，溫度傳感器14 測(cè)得晶體15的溫度稱為、，t0通過(guò)溫度信號(hào)線13送入信號(hào)調(diào)理模塊12，信號(hào)調(diào)理模塊12 對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，再將調(diào)理后的信號(hào)送入DSP控制器10中，同時(shí)，光柵3和編碼器讀出頭4將晶體相應(yīng)的位置信號(hào)通過(guò)編碼器信號(hào)線9送入DSP，DSP控制器10根據(jù)上述公式和晶體位置信息計(jì)算出晶體溫度和晶體入射匹配角的關(guān)系，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以確定步進(jìn)電機(jī) 8轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)，激光照射晶體15后，溫度傳感器14測(cè)得晶體15 的溫度稱為tx，tx實(shí)時(shí)地送入DSP控制器10，DSP控制器10實(shí)時(shí)地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)8帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸7，步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸7帶動(dòng)蝸桿6，蝸桿6帶動(dòng)蝸輪5，蝸輪5帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤2轉(zhuǎn)動(dòng)， 安放在轉(zhuǎn)盤2上的晶體15轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，即晶體15的入射匹配角隨晶體溫度變化而變化， 晶體15的入射匹配角始終保持在最佳角度，倍頻輸出能量(或者功率)始終保持最大。當(dāng)對(duì)(X)2激光器進(jìn)行調(diào)諧，輸出(X)2激光波長(zhǎng)變化時(shí)，由于晶體15對(duì)于不同波長(zhǎng) CO2激光的吸收系數(shù)不同而產(chǎn)生相應(yīng)的溫度與入射匹配角關(guān)系，也可以按照上述自動(dòng)控制原理進(jìn)行控制；當(dāng)(X)2激光頻率改變時(shí)，晶體15的溫度會(huì)產(chǎn)生新的變化，仍然可以按照上述自動(dòng)控制原理進(jìn)行控制。本發(fā)明的原理是根據(jù)晶體本身溫度的實(shí)際測(cè)試值動(dòng)態(tài)地改變激光照射的入射角度，即利用瞬態(tài)溫度傳感器測(cè)得的晶體溫度通過(guò)軸角編碼器控制電動(dòng)光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)大功率 CO2激光在照射參數(shù)突然改變時(shí)仍然保持倍頻晶體工作在最佳狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.大功率(X)2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，該裝置包括底座 (1)、轉(zhuǎn)盤(2)、光柵(3)、編碼器讀出頭(4)、蝸輪(5)、蝸桿(6)、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸(7)、步進(jìn)電機(jī)(8)、DSP控制器(10)、信號(hào)調(diào)理模塊(12)、溫度傳感器(14)、晶體(15)、下轉(zhuǎn)軸(16) 和上轉(zhuǎn)軸(17)；下轉(zhuǎn)軸(16)安裝在底座(1)中，蝸輪( 與下轉(zhuǎn)軸(16)固定連接，上轉(zhuǎn)軸 (17)與蝸輪(5)固定連接，轉(zhuǎn)盤(2)與上轉(zhuǎn)軸(17)固定連接，光柵(3)與轉(zhuǎn)盤O)固定連接，編碼器讀出頭(4)安裝在底座(1)上并與DSP控制器(10)連接，溫度傳感器(14)粘貼在晶體(15)表面，信號(hào)調(diào)理模塊(12)與溫度傳感器(14)連接，步進(jìn)電機(jī)⑶與底座⑴ 固定連接，蝸輪( 與蝸桿(6)滑動(dòng)接觸連接，蝸桿(6)與步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸(7)固定連接， 步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸(7)與步進(jìn)電機(jī)⑶固定連接，DSP控制器(10)與步進(jìn)電機(jī)⑶連接。
2.如權(quán)利要求1所述的大功率CO2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于， 所述溫度傳感器(14)通過(guò)導(dǎo)熱膠粘貼在晶體(1 表面。
全文摘要
大功率CO2激光照射下倍頻晶體的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，該裝置包括底座、轉(zhuǎn)盤、光柵、編碼器讀出頭、蝸輪、蝸桿、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸、步進(jìn)電機(jī)、DSP控制器、信號(hào)調(diào)理模塊、溫度傳感器、晶體、下轉(zhuǎn)軸和上轉(zhuǎn)軸；下轉(zhuǎn)軸安裝在底座中，蝸輪與下轉(zhuǎn)軸固定連接，上轉(zhuǎn)軸與蝸輪固定連接，轉(zhuǎn)盤與上轉(zhuǎn)軸固定連接，光柵與轉(zhuǎn)盤固定連接，編碼器讀出頭安裝在底座上并與DSP控制器連接，溫度傳感器粘貼在晶體表面，信號(hào)調(diào)理模塊與溫度傳感器連接，步進(jìn)電機(jī)與底座固定連接，蝸輪與蝸桿滑動(dòng)接觸連接，蝸桿與步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)軸固定連接，DSP控制器與步進(jìn)電機(jī)連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大功率CO2激光在照射參數(shù)突然改變時(shí)仍然保持倍頻晶體工作在最佳狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01S3/042GK102185236SQ201110047148
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者孟范江, 李殿軍, 楊貴龍, 謝冀江, 郭勁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所