[發明專利]在線監測激光晶體透過率的焊接系統及其在線監測方法

有效

• 申請號: 201310070682.9
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN104028919A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及全固態激光器，特別是一種全固態激光器中用于焊接激光晶體與熱沉的在線監測激光晶體透過率的焊接系統。

背景技術

全固態激光器（半導體激光泵浦的固體激光器，簡稱DPL）具有體積小、壽命長、效率高、光束質量高、穩定性好、可靠性高、維護方便及電驅動無污染等優點，是一個很重要的發展方向。激光器中的晶體采用與熱沉用焊接的方法獲得較好的冷卻效果，從而實現高功率激光輸出。焊接效果的好壞直接影響了激光器的輸出功率和光束質量。焊接過程中加熱溫度、加熱速率、降溫速率等因素都可能使晶體的膜層受到影響，過高的加熱溫度可能使晶體的膜層破裂、脫落。加熱速率和降溫速率過快會使晶體產生應力，應力帶來的形變使晶體膜層變形甚至破損。膜層損壞直接導致激光器輸出功率降低。因此，通過焊接過程的晶體透過率的變化，可以改進焊接工藝，改善晶體焊接效果，實現實時在線反饋控制焊接過程。

現今，多采用焊后檢測的方法來評價晶體的膜層情況，主要采用直接檢測的方法，直接檢測包括直接觀察鍍膜表面和用顯微鏡觀察晶體鍍膜面,如果膜層顏色發生變化、出現裂紋或起皮等，則說明膜層損壞。這些方法雖然直接的反映焊接對膜層的影響，但無法分析焊接步驟中哪些工藝過程造成膜層的損壞，也無法在晶體焊接過程中發現膜層是否出現損壞趨勢。

為了分析晶體在焊接過程中由于過高溫度或外部不均勻的熱載荷的作用下產生的形變造成的晶體膜層損壞，需要在焊接過程中在線監測晶體膜層的變化，從而改進焊接工藝。同時在晶體焊接過程中發現膜層出現異樣，及時調整工藝，防止晶體膜層損壞，提高晶體焊接成品率。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的之一在于提供一種在線監測激光晶體透過率的焊接系統，該裝置根據監測激光晶體焊接中的激光光強的變化，從而對焊接過程晶體膜層的變化進行監測。本發明的另一目的在于提供一種上述焊接系統的在線監測方法。

為實現上述目的，本發明的在線監測激光晶體透過率的焊接系統，包括晶體焊接腔和在線監測系統，所述晶體焊接腔用于焊接晶體焊接腔內的激光晶體；所述在線監測系統用于向所述激光晶體發射探測激光束，將探測激光束分束為經過激光晶體的探測激光和不經過激光晶體的參考激光，并根據經過激光晶體的探測激光的光強和不經過激光晶體的參考激光的光強比值，在線監測激光晶體的透過率。

進一步，所述在線監測系統包括探測激光源、光束準直整形裝置、分光鏡和兩個光強探測裝置，所述探測激光源用于發射所述探測激光束；所述光束準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，另一束激光束射入所述晶體焊接腔內的激光晶體，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測射入光強探測裝置的激光束的光強。

進一步，所述探測激光源為氣體激光器或固體激光器。

進一步，所述晶體焊接腔上設置有用于所述探測激光束輸入至晶體焊接腔內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；晶體焊接腔內設置有用于調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。

進一步，所述輸入光通光窗和輸出光通光窗的材質為激光高透材料。

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。

進一步，所述光強探測裝置為功率計或光電探測器。

本發明的激光晶體焊接在線監測方法，包括以下步驟：1）向焊接過程中的激光晶體發射探測激光束，將探測激光束分束為經過激光晶體的探測激光和不經過激光晶體的參考激光；2）根據經過激光晶體的探測激光與不經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。

進一步，步驟2）之后還包括步驟3）：調整激光晶體焊接的工作參數，并得到調整后的激光束的光強比值，根據工作參數調整前后的探測激光束的光強比值變化，監測激光晶體在焊接過程中的激光晶體的透過率變化。

進一步，激光晶體焊接的工作參數包括晶體焊接腔的加熱溫度、升溫速率和降溫速率。

本發明可以對激光晶體的焊接過程進行在線實時監測，能夠根據監測的結果判斷焊接過程中哪些工藝參數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。

附圖說明

圖1為本發明的在線監測激光晶體透過率的焊接系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例1的示意圖；

圖3為本發明實施例2的示意圖；

圖4為本發明實施例3的示意圖；