在線監(jiān)測激光晶體透過率的焊接系統(tǒng)及其在線監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了在線監(jiān)測激光晶體透過率的焊接系統(tǒng)及其在線監(jiān)測方法，包括晶體焊接腔和在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述晶體焊接腔用于焊接晶體焊接腔內(nèi)的激光晶體；所述在線監(jiān)測系統(tǒng)用于向所述激光晶體發(fā)射探測激光束將探測激光束分束為經(jīng)過激光晶體的探測激光和不經(jīng)過激光晶體的參考激光，并根據(jù)經(jīng)過激光晶體的探測激光的光強和不經(jīng)過激光晶體的參考激光的光強比值，在線監(jiān)測激光晶體的透過率。本發(fā)明的在線監(jiān)測方法根據(jù)經(jīng)過激光晶體的探測激光的光強和不經(jīng)過激光晶體的參考激光的光強比值，在線監(jiān)測激光晶體的透過率變化。本發(fā)明可實現(xiàn)晶體焊接全過程的實時監(jiān)控，具有在線實時監(jiān)控和適用范圍廣等特點，對改進焊接工藝提供了依據(jù)，并可提高晶體焊接成品率。
【專利說明】丨勺膜層受到影響，過高的加熱溫度可能使晶.使晶體產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力帶來的形變使晶體俞出功率降低。因此，通過焊接過程的晶體專效果，實現(xiàn)實時在線反饋控制焊接過程。體的膜層情況，主要采用直接檢測的方法，髮晶體鍍膜面，如果膜層顏色發(fā)生變化、出殘直接的反映焊接對膜層的影響，但無法分無法在晶體焊接過程中發(fā)現(xiàn)膜層是否出現(xiàn)
溫度或外部不均勻的熱載荷的作用下產(chǎn)生3在線監(jiān)測晶體膜層的變化，從而改進焊接羊，及時調(diào)整工藝，防止晶體膜層損壞，提高
的之一在于提供一種在線監(jiān)測激光晶體透從激光晶體輸出后進入另一光強探測裝置；所述光強探測裝置用于監(jiān)測射入光強探測裝置的激光束的光強。
[0008]進一步，所述探測激光源為氣體激光器或固體激光器。
[0009]進一步，所述晶體焊接腔上設(shè)置有用于所述探測激光束輸入至晶體焊接腔內(nèi)的輸入光通光窗和用于將通過激光晶體后的探測激光束向晶體焊接腔外輸出的輸出光通光窗；晶體焊接腔內(nèi)設(shè)置有用于調(diào)整光束輸出方向的反射鏡，可使探測激光束射入焊接過程中的激光晶體。
[0010]進一步，所述輸入光通光窗和輸出光通光窗的材質(zhì)為激光高透材料。
[0011]進一步，所述激光晶體可以為晶體圓棒、晶體板條或晶體盤片。
[0012]進一步，所述光強探測裝置為功率計或光電探測器。
[0013]本發(fā)明的激光晶體焊接在線監(jiān)測方法，包括以下步驟:1)向焊接過程中的激光晶體發(fā)射探測激光束，將探測激光束分束為經(jīng)過激光晶體的探測激光和不經(jīng)過激光晶體的參考激光；2)根據(jù)經(jīng)過激光晶體的探測激光與不經(jīng)過激光晶體的參考激光的光強的比值處理得到激光晶體的透過率。
[0014]進一步，步驟2)之后還包括步驟3):調(diào)整激光晶體焊接的工作參數(shù)，并得到調(diào)整后的激光束的光強比值，根據(jù)工作參數(shù)調(diào)整前后的探測激光束的光強比值變化，監(jiān)測激光晶體在焊接過程中的激光晶體的透過率變化。
[0015]進一步，激光晶體焊接的工作參數(shù)包括晶體焊接腔的加熱溫度、升溫速率和降溫速率。
[0016]本發(fā)明可以對激光晶體的焊接過程進行在線實時監(jiān)測，能夠根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果判斷焊接過程中哪些工藝參數(shù)引起激光晶體膜層的變化，為改進激光晶體焊接工藝提供了依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的在線監(jiān)測激光晶體透過率的焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實施例1的示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例2的示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明實施例3的示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明實施例4的示意圖；
[0022]圖中主要部件的文字說明:1-激光源；2_光學(xué)準(zhǔn)直整形裝置；3_真空焊接爐腔；4-激光晶體；5_光強探測裝置；7_分光鏡；8_反射鏡；91、92_真空焊接腔通光窗。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的在線監(jiān)測激光晶體透過率的焊接系統(tǒng)，包括激光源1、光束準(zhǔn)直整形裝置2、真空焊接腔3和光強探測裝置5。在晶體焊接過程中激光源I輸出一束穩(wěn)定的激光光束，激光光束通過光束準(zhǔn)直整形裝置2整形后輸出一光斑尺寸略小于晶體通光口徑的光束，經(jīng)準(zhǔn)直整形后光束通過分光鏡7將光束分為兩束，其中一束激光束直接進入光強探測裝置5，另一束激光束通過真空焊接腔的通光窗91進入真空焊接腔3內(nèi)，通過腔內(nèi)反射鏡8將光束引入激光晶體4，光束經(jīng)激光晶體4反射或透射后，由反射鏡8和真空焊接腔的通光窗92引出真空焊接腔3，并進入另一光強探測裝置5，根據(jù)兩光強探測裝置5監(jiān)測到的射入激光晶體4前的探測激光的光強和射入激光晶體4后的探測激光的光強，通過兩個光強比值的變化在線實時監(jiān)測晶體的透過率的變化，反應(yīng)晶體膜層的情況。再根據(jù)透過率變化數(shù)據(jù)調(diào)整焊接爐的加熱、降溫速率，加熱溫度等參數(shù)并監(jiān)測晶體的透過率的變化，提聞晶體焊接的成品率。
[0025]一般激光晶體4的形狀為長方形、平行四邊形或圓棒形。探測激光源可選擇氣體激光器、固體激光器或半導(dǎo)體激光器。在對晶體焊接過程進行監(jiān)測時，根據(jù)晶體的形狀不同，需要調(diào)整反射鏡8的位置和角度使光束可以按順序依次通過上述設(shè)備。輸入光通光窗和輸出光通光窗的材質(zhì)為激光高透材料。激光晶體可選擇地為晶體圓棒、晶體板條或晶體盤片。探測激光源I可選擇地為氣體激光器、固體激光器或半導(dǎo)體激光器。光強探測裝置5可選擇地為功率計或光電探測器。
[0026]實施例1
[0027]如圖2所示，Nd:YAG平行四邊形晶體板條與熱沉單面焊接時的在線監(jiān)測。激光晶體為晶體板條41，晶體板條41通光面25X3mm。激光源采用氦氖激光源11，輸出波長為632.8nm單模激光光束，光束通過光束準(zhǔn)直整形裝置2輸出光斑形狀尺寸為20X 2mm，經(jīng)準(zhǔn)直整形后光束通過分光鏡7將光束分為兩束，其中一束激光束直接進入功率計51，另一束激光束通過焊接腔的通光窗91進入焊接腔3內(nèi)，光束通過腔內(nèi)的晶體板條41后從通光窗92射出腔外，并進入另一功率計52，功率計51、52實時監(jiān)控光束的光強變化。通光窗91、92的材料為石英玻璃，石英玻璃表面需要達到:石英玻璃表面鍍632.8nm高透膜，透過率≥99%;直徑≥50mm，平行度≤30"，粗糙度≤Inm ;平面度≤λ/20632.8nm ;光潔度(60/40。反饋控制裝置6根據(jù)功率計51、52實時監(jiān)測的光強變化，經(jīng)處理得到射入晶體板條41前的探測激光的光強和射入晶體板條41后的探測激光的光強比值變化，進而得到焊接過程中激光晶體的透過率的變化，再根據(jù)透過率變化數(shù)據(jù)調(diào)整焊接爐的加熱、降溫速率，爐內(nèi)氣壓等參數(shù)并監(jiān)測晶體的透過率的變化，以得到焊接工藝的最佳參數(shù)，提高晶體焊接成品率。
[0028]實施例2
[0029]如圖3所示，Nd: YAG晶體圓棒與熱沉焊接時的在線監(jiān)測。激光晶體為晶體圓棒42，晶體圓棒42通光面Φ3πιπι。激光源采用氦氖激光源11，輸出波長為632.8nm單模激光光束，光束通過光束準(zhǔn)直整形裝置2輸出光斑形狀尺寸為25mm，經(jīng)準(zhǔn)直整形后光束通過分光鏡7將光束分為兩束，其中一束激光束直接進入光電探測器53，另一束激光束通過焊接腔的通光窗91進入焊接腔3內(nèi)，光束通過腔內(nèi)的晶體圓棒42后從通光窗92射出腔外，并進入另一光電探測器54，光電探測器53、54實時監(jiān)控光束的光強變化。通光窗91、92的材料為PC樹脂材料，PC樹脂材料表面需要達到:PC樹脂材料表面鍍632.8nm高透膜，透過率> 99% ；直徑≤50_，平行度≤30"，粗糙度≤Inm ;平面度≤λ /20632.8nm ;光潔度≤60/40。反饋控制裝置6根據(jù)光電探測器53、54實時監(jiān)測的光強變化，經(jīng)處理得到射入晶體圓棒42前的探測激光的光強和射入晶體圓棒42后的探測激光的光強比值變化，進而得到焊接過程中激光晶體的透過率的變化，再根據(jù)透過率變化數(shù)據(jù)調(diào)整焊接爐的加熱、降溫速率，爐內(nèi)氣壓等參數(shù)并監(jiān)測晶體的透過率的變化，以得到焊接工藝的最佳參數(shù)，提高晶體焊接成品率。[0030] 實施例3
[0031 ] 如圖4所示，Yb: YAG矩形晶體條與熱沉雙面焊接時的在線監(jiān)測。Yb: YAG晶體板條與熱沉單面焊接時的在線監(jiān)測。激光晶體為晶體板條43，晶體板條43通光面15X2mm，通光面平行。激光源米用LD激光光源13,輸出波長為637nm單模激光光束,平行光束通過光束準(zhǔn)直整形裝置2輸出光斑形狀尺寸為10X0.7_，經(jīng)準(zhǔn)直整形后光束通過分光鏡7將光束分為兩束，其中一束激光束直接進入光電探測器53，另一束激光束通過焊接腔的通光窗91進入焊接腔3內(nèi)，光束通過腔內(nèi)的晶體板條43后從通光窗92射出腔外，并進入另一光電探測器54，光電探測器53、54實時監(jiān)控光束的光強變化。通光窗91、92的材料為石英玻璃，石英玻璃表面需要達到:石英玻璃表面鍍637nm高透膜，透過率≥99% ;直徑≥50mm，平行度≤30"，粗糙度≤Inm;平面度≤λ/20632.8nm ;光潔度≤60/40。反饋控制裝置6根據(jù)光電探測器53、54實時監(jiān)測的光強變化，經(jīng)處理得到射入晶體板條43前的探測激光的光強和射入晶體板條43后的探測激光的光強比值變化，進而得到焊接過程中激光晶體的透過率的變化，再根據(jù)透過率變化數(shù)據(jù)調(diào)整焊接爐的加熱、降溫速率，爐內(nèi)氣壓等參數(shù)并監(jiān)測晶體的透過率的變化，以得到焊接工藝的最佳參數(shù)，提高晶體焊接成品率。
[0032]實施例4
[0033]如圖5所示，Nd:YAG矩形晶體盤片與熱沉單面焊接時的在線監(jiān)測。激光晶體為晶體盤片44,晶體盤片通光面Φ40ι?πι。激光源采用1064nm激光光源14,輸出波長為1064nm單模激光光束，平行光束通過光束準(zhǔn)直整形裝置2輸出光斑形狀尺寸為Φ 15_，經(jīng)準(zhǔn)直整形后光束通過分光鏡7將光束分為兩束，其中一束激光束直接進入功率計51，另一束激光束通過焊接腔的通光窗91進入焊接腔3內(nèi)，光束經(jīng)腔內(nèi)的晶體盤片44反射后從通光窗92射出腔外，并進入另一功率計52，功率計51、52實時監(jiān)控光束的光強變化。通光窗9的材料為PC樹脂材料，PC樹脂材料表面需要達到:PC樹脂材料表面鍍1064nm高透膜，透過率> 99% ；直徑≤50_，平行度≤30"，粗糙度≤Inm ;平面度≤λ /20632.8nm ;光潔度≤60/40。反饋控制裝置6根據(jù)功率計51、52實時監(jiān)測的光強變化，經(jīng)處理得到射入晶體盤片44前的探測激光的光強和射入晶體盤片44后的探測激光的光強比值變化，進而得到焊接過程中激光晶體的透過率的變化，再根據(jù)透過率變化數(shù)據(jù)調(diào)整焊接爐的加熱、降溫速率，爐內(nèi)氣壓等參數(shù)并監(jiān)測晶體的透過率的變化，以得到焊接工藝的最佳參數(shù)，提高晶體焊接成品率。
【權(quán)利要求】
1.一種在線監(jiān)測激光晶體透過率的焊接系統(tǒng)，其特征在于，包括晶體焊接腔和在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述晶體焊接腔用于焊接晶體焊接腔內(nèi)的激光晶體；所述在線監(jiān)測系統(tǒng)用于向所述激光晶體發(fā)射探測激光束，將探測激光束分束為經(jīng)過激光晶體的探測激光和不經(jīng)過激光晶體的參考激光，并根據(jù)經(jīng)過激光晶體的探測激光的光強和不經(jīng)過激光晶體的參考激光的光強比值，在線監(jiān)測激光晶體的透過率。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)包括探測激光源、光束準(zhǔn)直整形裝置、分光鏡和兩個光強探測裝置，所述探測激光源用于發(fā)射所述探測激光束；所述光束準(zhǔn)直整形裝置用于對探測激光束進行整形并向所述分光鏡輸出整形光束；所述分光鏡用于將整形光束分為兩束，一束激光束直接進入一光強探測裝置，另一束激光束經(jīng)過所述晶體焊接腔內(nèi)的激光晶體，從激光晶體輸出后進入另一光強探測裝置；所述光強探測裝置用于監(jiān)測射入光強探測裝置的激光束的光強。
3.如權(quán)利要求2所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述探測激光源為氣體激光器或固體激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述晶體焊接腔上設(shè)置有用于所述探測激光束輸入至晶體焊接腔內(nèi)的輸入光通光窗和用于將通過激光晶體后的探測激光束向晶體焊接腔外輸出的輸出光通光窗；晶體焊接腔內(nèi)設(shè)置有用于調(diào)整光束輸出方向的反射鏡，可使探測激光束射入焊接過程中的激光晶體。
5.如權(quán)利要求4所述的焊接系統(tǒng),其特征在于,所述輸入光通光窗和輸出光通光窗的材質(zhì)為激光高透材料。
6.如權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述光強探測裝置為功率計或光電探測器。
7.如權(quán)利要求1所述的焊接系統(tǒng)，其特征在于，所述激光晶體可以為晶體圓棒、晶體板條或晶體盤片。
8.一種采用如權(quán)利要求1-7任一項所述的焊接系統(tǒng)對激光晶體焊接進行在線監(jiān)測的方法，包括以下步驟：1)向焊接過程中的激光晶體發(fā)射探測激光束，將探測激光束分束為經(jīng)過激光晶體的探測激光和不經(jīng)過激光晶體的參考激光；2)根據(jù)經(jīng)過激光晶體的探測激光與不經(jīng)過激光晶體的參考激光的光強的比值處理得到激光晶體的透過率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟2)之后還包括步驟3):調(diào)整激光晶體焊接的工作參數(shù)，并得到調(diào)整后的激光束的光強比值，根據(jù)工作參數(shù)調(diào)整前后的探測激光束的光強比值變化，監(jiān)測激光晶體在焊接過程中的激光晶體的透過率變化。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，激光晶體焊接的工作參數(shù)包括晶體焊接腔的加熱溫度、升溫速率和降溫速率。
【文檔編號】B23K37/00GK104028919SQ201310070682
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】高宏偉, 林延勇, 彭欽軍, 郭亞丁, 宗楠, 徐一汀, 許家林, 薄勇, 許祖彥 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所