專利名稱：脈沖振蕩型固體激光器裝置和激光加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有利于解決加工中不穩定性問題的脈沖振蕩型固體激光器裝置和一種不會由于激光輸出的漲落而產生加工缺陷的激光加工裝置。
背景技術：
在激光二極管(以下稱作LD)激勵的其輸出和亮度得到很大提高的固體激光器裝置方面新近取得的進步使得激光器裝置可以以高速度和高精度地進行精密的焊接加工或精細的切割加工，而這對于常規的加工裝置是不可能辦到的。另外還可以將該激光器裝置用于電氣/電子元件的點焊或縫焊，或是應用到表面標記或刻劃加工，或是金屬、半導體或陶瓷的鉆孔或切割加工。
做為常規固體激光器裝置的一個代表性實例，圖9展示了一種固體激光器裝置的配置，其主要包括LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光器裝置的主體，其中激光器激勵介質是一個棒狀Nd:YAG晶體，平均輸出在300W量級。
棒直徑為5mm、長度為116mm的Nd:YAG晶體1由LD激勵裝置2輻射出的LD光3激勵，而其中的LD激勵裝置2配備有60條平均光輸出為20W/條、以808nm為中心波長振蕩的LD，從Nd:YAG晶體1輻射出的1.06μm的光在全反射鏡5和輸出耦合反射鏡6之間被選擇放大，從而成為Nd:YAG激光7并再從輸出耦合反射鏡6輻射，其中輸出耦合反射鏡6的反射系數為70％，反射鏡5、6構成一個諧振腔長度為400mm的激光諧振腔4。另外，由直流穩壓電源8對LD激勵裝置2提供電力，并且直接或通過由純凈水冷卻系統9提供的純凈水控制Nd:YAG晶體1和LD激勵裝置2的溫度以保持其周圍部分的溫度恒定，以便維持Nd:YAG激光器的輸出穩定。
另外，NdYAG激光7的一部分通過分束器10成為用于監視的激光11并穿過功率衰減器12再進入高速功率傳感器13。其它的激光7由入射會聚光學系統14會聚，從而滿足用于傳輸的纖芯直徑為0.3mm、長度為10m的光纖的傳輸條件。從傳輸光纖15發出的激光由輻射會聚光學系統18形成或聚焦，以致于在光束形狀上適于放置在CNC臺16上的待加工物體17并再進行所需的激光加工。
在此配置中使激光7成為反饋控制來自直流穩壓電源8的LD激勵裝置2的導通電流，從而使高速功率傳感器13監視的激光輸出值與指令的激光輸出值一致。
但是，把PIN型Si光電二極管用作監視用的激光束的高速功率傳感器的常規配置有下列缺點。
(1)因為對于功率傳感器可接受的輸入光水平是毫瓦(mW)水平，所以需要利用高精度功率劃分裝置與高衰減裝置結合，將實際的Nd:YAG激光衰減到大約千分之一百的程度。但是，用作高精度功率劃分裝置和高衰減裝置的光學元件的功率劃分率和功率衰減率由于濕度變化或粘結到該光學元件的塵埃而易于改變其特性，這使得很難由監視用的激光輸出精確地預測實際的Nd:YAG激光輸出。
(2)因為探測高速功率傳感器的靈敏度的溫度依賴性很大，如0.2～1.0％/℃，所以探測靈敏度容易由于環境溫度的變化而改變。因而很難以穩定的方式由監視用的測得的激光輸出對放置在周圍溫度不恒定的環境中的激光裝置主體精確地預測實際Nd:YAG激光輸出。
這樣的結果是由于高功率傳感器的上述問題，Nd:YAG激光器裝置不能獲得穩定的絕對精度不大于2％的Nd:YAG激光輸出，其中Nd:YAG激光器裝置由高速功率傳感器測得的用于監視的激光輸出值控制成一個反饋信號。繼而出現一個問題，即對于利用上述配置的激光器裝置主體的激光加工，加工缺陷如精度缺陷或強度缺陷是不可避免的。
另外，對于利用此類脈沖振蕩型固體激光器裝置的激光加工，希望避免由于激光輸出的漲落所致的加工缺陷。下面就是熟知的此類激光加工裝置。
做為一個常規的實例，
圖10展示了LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光加工裝置的配置，其主要目的是進行激光焊接加工，其中的激光器激活介質是棒式Nd:YAG晶體101，平均輸出在300W量級。
棒直徑為5mm、長度為116mm的Nd:YAG晶體101由LD激勵裝置102輻射的LD光束103激勵，其中LD激勵裝置102配置有60條20W/條的LD，LD以808nm為中心波長振蕩，從Nd:YAG晶體101輻射的1.06μm的光束在全反射鏡105和輸出耦合反射鏡106之間被選擇放大，從而成為NdYAG激光107并再從輸出耦合反射鏡106輻射出去，其中輸出耦合反射鏡106的反射系數為70％，反射鏡105、106構成諧振腔長度為400mm的激光諧振腔104。另外，對Nd:YAG晶體101和LD激勵裝置102直接或通過純凈水冷卻系統109提供的純凈水進行溫度控制，以保持其周圍部分的溫度恒定，從而維持穩定的Nd:YAG激光輸出。
Nd:YAG激光107的一部分從分束器109反射，取做監視光110并進入熱電轉換型的監視光輸出測量儀111，從而測量輸出，并且穿過分束器109的其它Nd:YAG激光107進入光閥打開的入射光會聚系統113，并會聚到傳輸光纖114以被傳輸，其中光纖114的纖芯直徑為0.3mm，長度為10m。在光閥112關閉的情形中Nd:YAG激光107進入熱電轉換型激光輸出測量儀115以測量輸出。
通過利用指令穩壓電源116控制LD電流來進行Nd:YAG激光輸出的開/關切換控制，并且由激光輻射到外部之前獲得的激光輸出特性決定的LD電流一般對應于理想的激光輸出。另外，通過比較監視光110的輸出值與監視光110的規定值來進行Nd:YAG激光107的輸出監視。
由輻射會聚光學系統119將光纖114輻射的激光形成或聚焦成適于加工放置在CNC臺117上的待加工物體118的光束形狀，并再進行理想的激光加工。
因為配備常規配置的加工裝置的熱電轉換型監視光輸出測量儀111的響應速度較慢，如0.1～3s，所以通常要花與探測誤差的響應速度相同的時間，即使可以高精度地進行測量也是如此。在不超過時間常數或脈沖振蕩操作期間停止激光振蕩操作的情況下，其中脈沖振蕩操作中的脈沖重復頻率不大于100Hz，不能以足夠高的精度測量平均激光輸出，如圖11所示。繼而在短脈沖振蕩操作周期中或在不超過上述頻率的低頻脈沖振蕩操作中不能監視輻射的激光輸出，盡管測量到監視光束的輸出。
結果是當激光輸出由于構成激光諧振腔104的全反射鏡105和輸出耦合反射鏡106因粘結到其上的塵埃或污物造成的損壞而急劇下降時，出現這樣的問題，如因為誤差狀態如輸出下降的檢測被延遲或不能檢測，在沒有正常激光加工的情況下繼續加工。
發明概述本申請的發明提供了一種脈沖振蕩型LD激勵的固體激光器裝置，解決了由激光輸出不穩定導致的加工不穩定的問題。
為了解決上述問題，本申請的發明提供了一項可以改變LD電流的閉路控制系統的技術，其中監視器的激光輸出是對開路控制系統的反饋信號，其中對應于激光輸出值的LD電流值以簡單的方式導出。
基本的情況是，在激光束從激光裝置主體中輻射出來之前，在激光裝置主體內部進行激光振蕩操作，并獲得脈沖激光輸出值和脈沖LD電流值之間的精確相關性。在激光束輻射到激光器裝置之外的情形中，根據獲得的脈沖激光輸出值和脈沖LD電流值之間的關聯性導出對應于理想脈沖激光輸出值的脈沖LD電流值。
根據本配置，因為可以制定一個導出脈沖LD電流值以獲得理想的脈沖激光輸出值的方案，所以可以在所有的時間里獲得穩定的激光輸出值。結果，對于利用激光裝置主體的激光加工裝置，因為加工缺陷、如精度缺陷或源自于激光輸出過度或不足的強度缺陷減少，加工的生產率提高并且成本降低。另外，可以節省加工材料資源并降低運行成本，由此提供一種更為環保的激光加工裝置。
另外，本的發明提供了一種激光加工裝置，其中從脈沖式LD激勵的固體激光器裝輻射出的脈沖激光束在所有的時間里受到監視，當探測到錯誤輸出值時激光器裝置暫停，從而不會產生由于激光輸出的漲落導致的加工缺陷。
為了解決上述問題，本發明采用這種一種配置，其中監視光輸出測量儀可以在所有時間里測量監視光輸出。例如，測量儀是一種PIN型Si光電二極管，在固體激光器裝置的振蕩波段內具有足夠的探測靈敏度和幾秒的響應速度。
預先測量并記錄監視器的激光輸出值的正常值，將記錄值設為比較的標準，并將比較的標準與普通操作時監視光輸出的監視周期中測得的激光輸出值比較。如果測得的值超過特定值，則出現了錯誤的加工。
因為在設置為比較標準的特定監視周期中以最大激光輸出值監視激光輸出值，所以用于比較的標準數量減為最小。然后將儲存的存儲量減為最小，并且也加速了比較計算的處理。
通過根據本發明采用了監視光輸出的監視技術，本發明可以測量脈沖激光輸出值并探測毫秒量級的錯誤激光輸出，盡管短期振蕩操作或甚至是脈沖重復頻率不大于100Hz。
這樣的結果是，對于利用激光加工裝置的激光加工，因為大大減少了加工缺陷如精度缺陷或源自于激光輸出過度或不足的強度缺陷，所以提高了加工的生產率并降低了加工成本。另外，可以節省加工材料資源和降低運行成本，由此提供了更為環保的激光加工裝置。
附圖簡述圖1是表示本發明一個實施例的模型簡圖；圖2是根據所述實施例設置的激光輸出校準數據簡圖；圖3是根據所述實施例的控制裝置功能框圖；圖4是表示控制裝置過程梗概的流程圖；圖5是表示本發明另一實施例的模型簡圖；圖6是根據上述實施例的監視激光輸出的簡圖；
圖7是上述實施例的功能框圖；圖8是上述實施例的過程流程圖；圖9是表示常規實例的模型簡圖；圖10是對應于圖5的常規實例簡圖；圖11是根據常規實例的監視光輸出的簡圖。
實施本發明的最佳模式下面將參考附圖所示的實施例對本發明做詳細的描述。
做為本發明的一個實施例，圖1表示固體激光器裝置的一種配置，該激光器裝置的主要目的是進行激光焊接加工，其主要包括LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光器裝置主體A，其中的激光激活介質是棒狀Nd:YAG晶體1，平均輸出在300W量級。
棒直徑為5mm、長度為116mm的Nd:YAG晶體1由LD激勵裝置2輻射出的LD光3激勵，而LD激勵裝置2配置有60條振蕩中心波長為808nm的20W/條LD，從Nd:YAG晶體1輻射出的1.06μm的光在全反射鏡5和反射系數為70％的輸出耦合反射鏡6之間被選擇放大，從而成為Nd:YAG激光7并再從輸出耦合反射鏡6輻射出去，其中反射鏡5和6構成長度為400nm的諧振腔。另外，由直流穩壓電源8對LD激勵裝置2提供電力，并且直接或通過純凈水冷卻系統9提供的純凈水對Nd:YAG晶體1和LD激勵裝置2進行溫度控制以保持其周圍部分的溫度恒定，以便維持Nd:YAG激光輸出穩定。
在輸出耦合反射鏡6和入射光會聚系統14之間的光束傳輸通道中布置一個光閘10和激光輸出測量儀13，并當光閘10打開時，Nd:YAG激光7進入入射光會聚系統14并聚焦到傳輸用光纖15中，光纖的纖芯直徑為0.3mm，長度為10m。形成的由傳輸用光纖15射出的激光被入射光會聚系統聚焦，從而形成形狀適合于加工防止在CNC臺16上的帶加工目標17的形狀，并再進行所需的激光加工。
根據該配置，以在利用Nd:YAG激光7的激光加工之前對激光加工實施精確的激光輸出值為目標進行激光輸出值的校準。為此目的，本實施例的固體激光器裝置設置有圖3所示的控制裝置20。控制裝置20包括一個存儲部分21、計算部分22和一個輸出部分23，其中存儲部分21儲存先前規定的矩形脈沖電流值并對應于美工矩形脈沖電流值的脈沖激光輸出值，計算部分22根據儲存在存儲部分21中的矩形脈沖電流值和脈沖激光輸出值線性預測對應于必需的脈沖激光輸出的脈沖電流值，輸出部分23對激光二極管輸出由計算部分22線性預測的脈沖電流值。在此實施例中，通過計算部分22提前計算必需的值，如儲存在存儲部分21中的脈沖激光輸出值。控制裝置20由存儲部分21組成，計算部分22和輸出部分23可以用普通的微型計算機設置，包括CPU、存儲器和接口，當然，控制裝置20也可以由單一用途的機器建立。
下面將展示利用上述控制裝置20進行校準的過程。
在此將用于校準激光輸出的抽樣值設為5個，做為調節脈沖電流值以給出激光器振蕩閾值的LD電流It設為25A。(參見圖2)(1)關閉光閘10并改變光傳輸通道，使得Nd:YAG激光7的所有激光輸出都進入熱電轉換型激光輸出測量儀13中。
(2)在脈沖寬度為τ、脈沖重復頻率為f的條件下以第一抽樣LD電流值I1做為矩形脈沖電流值進行激光器振蕩操作，通過電熱轉換型激光輸出測量儀13測量平均激光輸出Pa1，再由計算部分22從下列表達式(1)中算出脈沖激光輸出值P1將其儲存到存儲部分21。
Pn＝Pan/(τ·f)表達式(1)當τ＝5ms，f＝200Hz以及I1＝30A時，Pa1＝20W，這導致P1＝20W。另外，Pa1的測量數據是指令LD電流進入3秒鐘后的值。
(3)以I2、I2、I4、I5的順序單獨增大樣品ID的電流值，其中這些電流具有相同的脈寬和相同的脈沖重復頻率，由計算部分22計算每個樣品LD的電流值中脈沖激光輸出值P2、P3、P4、P5，將其儲存到存儲部分21中，使樣品LD的電流值不超過LD電流It并暫停激光器振蕩操作。
當I2＝50A，I3＝70A，I4＝90A以及I5＝110A時，P2＝530W，P3＝1260W，P4＝2050W以及P5＝3160W。
另外，每個激光器平均輸出值Pan(n＝2～5)的每個測量數據是指令樣品LD電流進入3秒鐘之后的值。
(4)以下列線性表達式預測激光二極管導通脈沖電流值Ic，其中根據每個樣品LD電流值和脈沖激光輸出值的數據獲得高達測得的最大脈沖激光輸出值P5的任意脈沖激光輸出值Pp。
在P1＜Pp≤P2的情況下Ic＝((I2-I1)/(P2-P1))·Pp+(P2I1-P1I2)/(P2-P1)表達式(2)-1在P2＜Pp≤P3的情況下Ic＝((I3-I2)/(P3-P2))·Pp+(P3I2-P2I3)/(P3-P2)表達式(2)-2在P3＜Pp≤P4的情況下Ic＝((I4-I3)/(P4-P3))·Pp+(P4I3-P3I4)/(P4-P3)表達式(2)-3在P4＜Pp≤P5的情況下Ic＝((I5-I4)/(P5-P4))·Pp+(P5I4-P4I5)/(P5-P4)表達式(2)-4在0＜Pp≤P1的情況下Ic＝((I1-It)/P1)·Pp+It 表達式(3)如果表達式(2)-1～表達式(2)-4由通式表示；則在Pn-1＜Pp≤Pn(n≥2)的情況下Ic＝((In-In-1)/(Pn-Pn-1))·Pp+(PnIn-1-Pn-1In)/(Pn-Pn-1)表達式(2)在校準脈沖激光輸出值之后，計算部分22通過表達式(2)和(3)計算對應于所需脈沖激光輸出的激光二極管導通脈沖電流值，并且經輸出部分23對LD輸入電力。上述程序儲存在控制裝置20的存儲部分21中，并且計算部分22根據提出的需要運行程序并將結果儲存到存儲部分21中。圖4是一幅流程圖。
結果，在脈沖激光輸出值的指令值為150W的情況下，導入28.75A的脈沖LD電流，其中實際脈沖激光輸出值為152W，并以大約1.3％的絕對精度獲得激光輸出。另外，在脈沖激光輸出值的指令值為2500W的情況下，導入98A的脈沖LD電流，其中實際脈沖激光輸出值為2485W，并以大約0.6％的絕對精度獲得激光輸出。
在校準激光器裝置主體A的脈沖激光輸出值的情況下，為控制裝置20提供一種以新獲得的數據更新脈沖激光輸出值的功能，只要在每個激光二極管導通脈沖電流值中獲得的脈沖激光輸出值與前面的校準中獲得的同一電流值中的脈沖激光輸出值相比的變化率不超過規定的變化率。
另外，在校準激光器裝置主體A的脈沖激光輸出值的情況下，當在每個激光二極管導通脈沖電流值中獲得的脈沖激光輸出值與前面的校準中獲得的同一電流值中的脈沖激光輸出值相比的變化率不超過規定的變化率時，為控制裝置20提供一項顯示關于激光器裝置主體A的誤差的誤差內容并停止激光器裝置主體A的校準的功能，無需以新獲得的數據更新脈沖激光器的輸出值。
以上所述是本發明的一個實施例，但每個組件的具體配置不必局限于常數實施例，在不脫離本發明實質的前提下可以有各種改型。
如上所述，因為此種配置通過在使用固體激光器裝置之前校準激光器裝置主體A而解決了由激光輸出的不穩定性導致的加工不穩定性的問題，所以可以將此種配置用于激光加工裝置。
另外，通過采用下列配置將進一步提高激光加工裝置的可靠性。
做為本發明的另一實施例，圖5表示激光加工裝置的一種配置，該激光器裝置的主要目的是進行激光焊接加工，其主要包括LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光器裝置主體A，其中的激光激活介質是棒狀Nd:YAG晶體1，平均輸出在300W量級。
激光器諧振腔和光束傳輸系統的配置與常規實例的相同。常規實例與本實施例的最大不同之處在于監視光輸出測量儀111變為PIN型Si光電二極管，監視激光110由一個對輻射的激光束反射系數約為1％的分束器109得到。
在對Nd:YAG激光107的輸出的監視中，如果將PIN式S光電二極管用作探測器，則可以在激光器輻射的所有時間里檢測可以從LD激勵的脈沖式Nd:YAG激光器裝置AA輻射出的脈沖激光輸出。但在圖6所示的激光加工的情形中，因為通常使用由依據于待加工部分的激光輸出值組成的脈沖激光進行加工，所以必須結合脈沖激光以監視器參考值進行全時監視。在這種情況下，在圖6所示的NO.1加工條件下，其中以100Hz的重復頻率驅動脈寬為0.5ms的脈沖激光，至少需要0.05ms的監視器抽樣間隔，并且如果在輻射激光的同時在整個2.5s的持續時間內進行監視，著大概需要5*104倍的比較計算處理，這需要包括處理速度很高且大存儲容量的計算裝置的控制裝置，導致激光裝置的昂貴價格。
在本發明的實施例中，作為抽樣法，可以將監視器周期設置為限定在一個特定的短周期，并且只將該周期中的最大值設置為監視的目標。
在激光器裝置AA的激光輻射部分和作為激光傳輸系統的傳輸光纖114的入射光引導部分之間，把由激光分束的分束器109反射的輻射激光輸出設置為進入到作為測量儀的監視光輸出測量儀111中的監視激光110，由監視光輸出測量儀111直接或經散射反射板測量進入到高速光電傳感器中的監視激光110的激光輸出值，并且根據分束器109中輻射激光的反射系數推測進入到傳輸光纖114中的激光輸出值。
作為圖7中所示激光加工裝置的具體配置，激光加工裝置包括最大值判斷裝置120，在輻射激光的同時，獲得實際最大激光輸出值作為在特定的監視周期中測得的激光輸出值的最大值；誤差判斷裝置121，在預定的特定監視周期的一段時間之后，比較該最大值與作為監視水平的特定激光輸出值并判斷該最大值是否處于一個特定的水平；和故障拍攝裝置122，當誤差判斷裝置121判定最大值處于特定范圍之外時顯示報警內容并同時停止激光加工裝置的操作。
可以通過一個包括CPU、存儲器和接口的普通微計算機系統很容易地設置誤差判斷裝置121和故障拍攝裝置122。
圖8是由CPU運行的儲存在存儲器中的程序的一般性描述的流程圖，圖8表示輻射激光時的具體監視周期。下面將參見圖6和8進行描述。監視光輸出測量儀111開始抽樣，從而只要輻射激光，就監視監視光輸出(S1，S2)并在開始抽樣的100ms之后停止監視(S5)。在100ms內獲得最大激光輸出值(S3，S4)，作為在標準時間監視的代表值。這是因為在S/N值中該最大值最大。步驟S3、S4可以簡單地用峰值保持電路代替。在上述步驟中把在標準時間的監視激光輸出設置為監視基準，在與實際加工相同的條件下操作激光器裝置的同時獲得基準最大激光輸出值。另外，作為監視基準范圍，考慮道傳感器靈敏度對于周圍環境的變化(一般為0.5％/℃)以及激光加工的允許范圍，把基準最大激光輸出值的±3％的值設置為特定激光輸出值的上限和下限。
在實際加工中，進行與上述獲得基準最大激光輸出值的步驟同樣的步驟(S1～S5)以獲得實際最大激光輸出值，并在此步驟之外，進行比較步驟(S6)，比較實際最大激光輸出值與監視基準范圍的特定激光輸出值的上限和下限。在實際最大激光輸出值處于特定激光輸出值的上下限范圍之外的情況下，在一進行完故障拍攝過程、如停止激光器裝置AA和加工裝置的操作(S7)的監視周期結束之后，就在激光加工裝置的指示器上顯示“激光輸出誤差”作為警報。
在本實施例的配置中，可以用高精度的簡單配置監視激光輸出，使得在監視中總是獲得激光輸出的最大值，并且監視周期一結束就對監視基準值和最新的最大值進行比較。
另外，一出現誤差，就可以停止激光加工裝置的操作，因為在以低脈沖頻率的短輸入脈沖進行激光加工時可以監視誤差激光輸出，而這種低脈沖頻率是不可能用于在常規技術中的。
每個部分的具體配置不限于上述實施例。
例如，在其它配置中，監視激光輸出的監視周期是激光輻射之后100ms的周期，但也可以是任何將產生相同效果的周期，只要監視周期處于同時輻射激光的一個周期內。
另外，本實施例中的監視周期是激光輻射之后100ms的周期，但可以設置多個監視周期，只要該周期處于輻射激光的一個周期之內，這使得可以以更高的精度監視激光輸出。
另外，在上述實施例中使用了一種具有幾微秒的響應速度的光電二極管。因為通常用于激光加工的激光的脈寬超過100μs，所以可以預期該探測器10μs的響應速度產生令人滿意的效果和功能。
另外，可以把從改變輻射激光的傳輸通道的反射鏡透過的激光或從全反射鏡透過的激光設置為上述測量儀的監視光，其中所述的反射鏡和全反射鏡構成激光諧振腔，直接或經測量儀進入高速光電傳感器的監視光的激光輸出值可以由測量儀測量，并且透過的激光可以根據透過激光與輻射激光的比例進入激光傳輸系統。
上述每個實施例可以單獨的實施，也可以兩實施例結合實施。
在不脫離本發明實質的前提下可以對其它的配置進行各種改型。
工業實用性如上所述，根據本發明的脈沖振蕩型固體激光器裝置，可以以不大于2％的絕對精度以穩定的方式輻射激光輸出值。對于利用上述實施例中的激光加工裝置的激光焊接過程，焊接缺陷如吹孔減少，并且焊接深度的變化減少，由此大大提高了焊接質量。
另外，根據本發明的激光加工裝置，因為加工缺陷、如精度缺陷或源自于激光輸出過度或不足的強度缺陷大大減少，所以加工的生產率提高，加工成本降低。另外，還可以節約加工材料資源并降低運行成本，由此提供了一種更環保的激光加工裝置。
權利要求
1.一種脈沖振蕩型固體激光器裝置，具有一個激勵源為激光二極管的激光器裝置主體，其中激光二極管在固體激光器激活介質的主能量吸收譜中發射光束，其特征在于在向激光器裝置主體之外輻射激光之前，作為脈沖激光輸出值的校準操作，對脈沖振蕩型固體激光器裝置內的激光二極管傳導規定的幾個不同的矩形脈沖電流值，從而脈沖振蕩激光器裝置主體，并利用布置在激光器裝置主體內的激光輸出測量儀測量每個矩形脈沖電流值的平均激光輸出值，從而獲得輸出值平均數據，并且在激光輸出輻射到激光器裝置主體之外的情況下，根據獲得的輸出值平均數據線性預測的脈沖電流值被傳導至激光二極管，從而獲得理想的脈沖激光輸出值。
2.如權利要求1所述的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其特征在于當校準脈沖激光輸出時，利用電熱轉換型激光輸出測量儀作為激光輸出測量儀布置在激光器裝置主體中，從激光器裝置主體發射出的部分激光輻射到激光輸出測量儀上，并測量激光輸出的平均值。
3.如權利要求1所述的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其特征在于在校準激光器裝置主體的脈沖激光輸出值時，以一超過激光器裝置主體的振蕩閾值的特定脈沖電流值啟動傳導至激光二極管的矩形脈沖電流值，利用布置在激光器裝置主體內的激光輸出測量儀，通過在相同脈沖頻率和相同脈寬的條件下依次增大矩形脈沖電流值來測量每個矩形脈沖電流值中的激光平均輸出值，并且把由表達式(1)給出的脈沖電流值數據和脈沖激光輸出值數據儲存在激光器裝置主體的控制裝置中。Pn＝Pan/(τ·f) 表達式(1)此處，Pn脈沖激光輸出值(W)Pan測得的激光輸出值(W)τ脈寬(s).f脈沖重復頻率(Hz)
4.如權利要求1所述的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其特征在于在線性預測的脈沖激光輸出值Pp存在于脈沖激光輸出值Pn-1和脈沖激光輸出值Pn之間的一個中間范圍時，其中脈沖激光輸出值Pn-1是在校準激光輸出值期間獲得的數據組中在第(n-1)時刻傳導至激光二極管的矩形脈沖電流值In-1中獲得的，并且脈沖激光輸出值Pn是在第n時刻導入的矩形脈沖電流值中獲得，換言之，在Pn-1＜Pp≤Pn的情況下，從表達式(2)自動線性預測的脈沖電流值Ic導入激光二極管并獲得理想的脈沖激光輸出值。Ic＝((In-In-1)/(P1-Pn-1))·Pp+(PnIn-1-Pn-1In)/(Pn-Pn-1)(2)此處，n是大于2的整數。
5.如權利要求1所述的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其特征在于在線性預測的脈沖激光輸出值Pp不超過校準激光輸出值期間由最小矩形脈沖電流值II獲得的脈沖激光輸出值P1的情況下，換言之，在0＜Pp≤P1的情況下，從表達式(3)自動線性預測的脈沖電流值Ic導入激光二極管并獲得理想的脈沖激光輸出值。Ic＝((I1-It)/P1)·Pp+It (3)此處，It是給出脈沖振蕩型固體激光器裝置的振蕩閾值的激光二極管電流值。
6.如權利要求1所述的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其特征在于在校準激光器裝置主體的脈沖激光輸出值的情況下，包括一項能夠用新獲得的數據更新脈沖激光輸出值的功能，只要在每個激光二極管導通電流值中獲得的脈沖激光輸出值與在前一校準中獲得的相同電流值中的脈沖激光輸出值相比的變化率等于或小于特定的變化率。
7.如權利要求1所述的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其特征在于在校準激光器裝置主體的脈沖激光輸出值的情況下，當每個激光二極管導通電流值中獲得的脈沖激光輸出值與前一校準中獲得的相同電流值下的脈沖激光輸出值相比的變化率大于某一特定的變化率時，包含一項考慮激光器裝置主體的誤差并顯示誤差的內容以及不用新獲得的數據更新脈沖激光輸出值而停止激光器裝置主體的校準的功能。
8.一種激光加工裝置，主要包括一個激勵源為激光二極管的脈沖振蕩型固體激光器裝置，其中的激光二極管在固體激活介質的主能量吸收譜中發射光束，其特征在于包括一測量儀，全時測量輻射的激光輸出；最大值判斷裝置，在輻射激光束的同時，獲得特定監視周期內測得的激光輸出值的最大值；誤差判斷裝置，在預定的特定監視周期的一段時間之后，比較該最大值與作為監視水平的特定激光輸出值并判斷該最大值是否處于一個特定的范圍之內；和故障拍攝裝置，當誤差判斷裝置判定最大值處于特定范圍之外時顯示報警內容并同時至少停止脈沖振蕩型固體激光器裝置的操作。
9.如權利要求8所述的激光加工裝置，其特征在于在脈沖振蕩型固體激光器裝置的激光輻射部分和激光輻射部分輻射的激光進入其中的激光傳輸系統的入射光進入部分之間布置一個對激光束分束的分束器，把從分束器反射的輻射激光輸出設置為測量儀的監視光，由測量儀測量直接或經擴散反射板進入到高速光傳感器的監視激光的激光輸出值，并且根據分束器中輻射激光的反射系數預先測量進入到激光傳輸系統中的激光輸出值。
10.如權利要求8所述的激光加工裝置，其特征在于把從改變輻射激光的傳輸通道的反射鏡透過的激光或從全反射鏡透過的激光設置為上述測量儀的監視光，其中所述的反射鏡和全反射鏡構成激光諧振器，直接或經擴散反射板進入高速光電傳感器的監視光的激光輸出值可以由測量儀測量，并且可以根據透過激光與輻射激光的比例預先測量引入激光傳輸系統的激光輸出值。
11.如權利要求8、9或10所述的激光加工裝置，其特征在于在與進行實際監視的操作條件相同的激光輻射條件下至少進行一次操作，由最大值判斷裝置自動獲得監視周期內測得的激光輸出的最大值，并將該最大值設置為實際操作期間故障拍攝裝置的監視水平。
12.如權利要求8、9、10或11所述的激光加工裝置，其特征在于誤差判斷裝置中激光輸出的特定監視周期可以設置為輻射激光的所有周期或是可以測量激光輸出值的周期之外的任意周期。
13.如權利要求8、9、10、11或12所述的激光加工裝置，其特征在于誤差判斷裝置可以在輻射激光的一個周期中任意設置多個特定監視周期。
14.如權利要求8、9、10、11、12或13所述的激光加工裝置，其特征在于激光加工裝置配置有一個探測器作為測量激光輸出的測量儀，該探測器在固體激光器裝置的振蕩波段中具有足夠的探測靈敏度和幾納秒～幾十微秒的響應速度。
全文摘要
一種脈沖振蕩型固體激光器裝置，具有一個激勵源為激光二極管的激光器裝置主體，其中激光二極管在固體激光器激活介質的主能量吸收譜中發射光束，其特征在于在向激光器裝置主體之外輻射激光之前，作為脈沖激光輸出值的校準操作，對脈沖振蕩型固體激光器裝置內的激光二極管傳導規定的幾個不同的矩形脈沖電流值，從而脈沖振蕩激光器裝置主體，并利用布置在激光器裝置主體內的激光輸出測量儀測量每個矩形脈沖電流值的平均激光輸出值，從而獲得輸出值平均數據，并且在激光輸出輻射到激光器裝置主體之外的情況下，根據獲得的輸出值平均數據線性預測的脈沖電流值被傳導至激光二極管，從而獲得理想的脈沖激光輸出值。
文檔編號H01S3/131GK1572049SQ0282060
公開日2005年1月26日 申請日期2002年2月18日 優先權日2001年10月16日
發明者家久信明 申請人:株式會社片岡制作所