一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置

技术领域

本发明涉及光参量振荡器技术领域，特别是涉及一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置。

背景技术

光参量振荡器主要包含两个关键部分：一个光学谐振腔和一个非线性光学晶体。光学谐振腔主要用于和两个输出光中的至少一者相共振。在非线性光学晶体中，泵浦光，信号光和闲频光相互重合。三个不同频率光的相互作用导致信号光波和闲频光波的幅度增益（参量放大）和与之相对应的泵浦光幅度衰减。增益使得共振光波（信号光或闲频光或两者同时）在谐振腔中振荡，补偿了共振光波在来回振荡中的损耗。损耗包括引出想要的输出光波的输出耦合镜带来的损耗。因为损耗和泵浦光强无关，但是增益却依赖于泵浦光强，所以，在低的泵浦功率下，不足的增益不足以去支持振荡。只有当泵浦功率达到一个特定的阈值，振荡才会发生。高于阈值功率时，增益也依赖与共振光波的幅度。因此，在稳态工作时，共振光波的幅度取决于增益和损耗（一个常值）相等时的状态。共振光波的幅度和输出光波的强度都随着泵浦光强的增加而增加。常用的二阶非线性光学晶体有磷酸二氢钾（KDP）、磷酸二氢铵（ADP）、磷酸二氘钾（KD*P）、铌酸钡钠等。为了改变输出光波的频率，可以改变泵频率或是相位匹配特性的非线性光学晶体。 后者是通过改变非线性晶体的温度或方向或准相位匹配的周期来实现的。

非线性晶体的使用过程中，过高的光强会顷刻间损坏晶体，不幸的是，为了达到足够高的转换效率，非线性晶体经常需要在接近它们的光学损耗阀值附近运行。即使为防止瞬间损耗，晶体远低于阀值运行，一些晶体材料在一些使用的部分展现出持续的退化，例如，以“灰度追踪”的形式退化。这种现象在晶体运行在紫外光波段运行时尤其常见。逐渐的退化会积累热量，过热的产生能瞬间引起灾难性的损伤。另外，吸湿的晶体材料需要保持在足够干燥的空气（或干燥的惰性气体）中，保持此类晶体处在一个较高的温度下运行是有利的。晶体运行温度低于室温通常是有问题的，在空气不够干燥的情况下，空气中的水分会凝结在晶体表面，激光聚焦的更厉害，从而损伤晶体。

为了产生高功率紫外线，非线性晶体会变成消耗品，它们在激光器系统的寿命过程中需要经常被更换，但临时更换激光系统内的晶体较为麻烦，耽误时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置，能够在激光系统的内部自动切换备用晶体，确保振荡器的续航运行。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置，包括切换盘、传动盘、连接件、定位装置，所述切换盘、传动盘同轴设置在固定轴上，所述切换盘位于所述传动盘的上方，所述切换盘设置有多个分盘，所述分盘不重叠，每个所述分盘的外沿设置有所述连接件，所述连接件的自由端设置有定位孔，转动所述传动盘带动所述切换盘的分盘转动至所述定位装置时停止，所述定位装置伸出定位轴与所述定位孔完成定位结合，使得每个所述分盘上的所述连接件固定的晶体完成切换。

进一步的，所述分盘包括转动环、卡环，所述转动环的中心孔内设置卡环，所述固定轴设置有定位环，所述卡环卡扣在所述定位环内，使得所述卡环于所述固定轴形成转动连接。

进一步的，所述分盘还包括连接分盘，每个所述连接分盘的厚度一致，所有所述转动环的厚度与一个所述连接分盘的厚度一致，所述转动环位于所述连接分盘上的固接位置交错设置，使得所有的所述转动环依次套接在所述固定轴上时，所有的所述连接分盘依次排列在所述传动盘上不重叠。

进一步的，还包括止分盘，所述止分盘的位置固定，用以确定所述分盘的转动起止点，所述止分盘设置有凹环，所述凹环套设在所述转动环外且不影响所述转动环转动。

进一步的，所述分盘上设置有限位槽，所述限位槽设置在所述分盘的对称线上，所述连接件的连接部固接在所述限位槽内，使得所述连接件始终与所述分盘保持垂直状态。

进一步的，还包括转接件，所述转接件的上端用以固定晶体，所述转接件的下端插接在所述连接件的插接孔内，能够随时更换所述连接件。

进一步的，所述转接件的下端设置有限位件，所述插接孔内配合所述限位件设置有限位孔，使得所述转接件插接在所述插接孔内时，限位件能够与所述限位孔配合从而固定所述转接件的相对位置。

进一步的，所述转接件的下端设置有螺纹部，所述螺纹部与固定件配合使用，使得所述转接件能够固定在所述连接件上。

进一步的，所述连接件还包括收束部，所述定位孔位于所述收束部的中心部位，所述定位轴的前端设置有光滑部，当所述光滑部与所述收束部抵接时，能够滑入所述定位孔内，使得所述定位轴与所述定位孔完成结合、定位。

进一步的，还包括驱动装置，所述驱动装置的驱动轴与所述传动盘外侧壁啮合，使得所述驱动装置能够驱动所述传动盘，所述传动盘外侧壁上设置止挡部，用以止挡所述驱动轴。

本发明的有益效果为：

1.在振荡器的内部非线性光学晶体的安装位置设置定位装置，切换盘上设置有连接件用以固定晶体，转动切换盘就能够将固定有备用晶体的分盘转动至晶体的安装位置，定位装置伸出定位轴与连接件的定位孔插接完成定位，在振荡器的内部快速完成晶体切换。

2.切换盘设置有多个分盘，每个分盘均设置连接件与转接件固定，转接件上固定晶体，晶体可以为同类型的、同厚度的晶体，也可以是不同类型的、不同厚度的晶体，能够实现对比。转接件与连接件之间的固定方式可以根据切换盘与光路路径的相对位置进行调整，使得切换装置不对光路产生影响，仅提供晶体切换功能。

3.第一分盘的第一连接分盘上设置有限位槽，限位槽位于第一分盘的对称线上，限位槽内固定连接件，使得连接件与第一分盘之间始终保持垂直状态，连接件与第一分盘的相对位置固定，进而确定转接件上的晶体与第一分盘的相对位置，转动第一分盘至定位装置，则可以确定晶体的位置达到指定位置，通过定位轴与连接件的定位孔结合完成定位，即可以完成晶体切换。第二分盘、第三分盘与第一分盘的操作一致，仅转动角度、路程不同。

4.本发明实施例中，设置三个分盘；第一分盘的第一转动环与第一连接分盘的厚度比为一比三，第二分盘、第三分盘同样设置，第一转动环、第二转动环、第三转动环均套设在固定轴上，其中，第一转动环位于最下方、第二转动环位于中间、第三转动环位于上方，使得，每个分盘均可以独立转动但第一连接分盘、第二连接分盘、第三连接分盘均不能重叠。每个分盘上均设置备用晶体，可以进行多次切换，分盘数量不限制为三个。

5.切换盘还设置有止分盘，驱动装置驱动传动盘时，能够带动分盘转动，止分盘的位置固定，用以确定分盘的转动范围，使得分盘间的顺序始终保持在初始状态；当定位装置释放连接件时，传动盘能够将所有分盘全部转动至初始状态，进行下一个晶体的切换操作。切换盘上所有分盘占据的空间可以为转动范围的一半，使得每个分盘的连接件均可以与定位装置完成定位。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的转动环的截面示意图；

图3为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的切换盘与传动盘的主体结构图；

图4为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的切换盘的主体结构图；

图5为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的传动盘的主体结构图；

图6为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第一分盘的结构图；

图7为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第一分盘的截面图；

图8为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第二分盘的结构图；

图9为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第二分盘的截面图；

图10为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第三分盘的结构图；

图11为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第三分盘的截面图；

图12为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第一分盘的俯视图；

图13为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的第一分盘与连接件的俯视图；

图14为本发明实施例的图1中A处的结构放大图；

图15为本发明实施例的图14中沿直线处的截面示意图；

图16为本发明实施例的图1中B处的结构放大图；

图17为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的转接件的示意图；

图18为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的连接件的俯视图；

图19为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的连接件的从底部看的示意图；

图20为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的定位轴的结构示意图；

图21为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置的俯视图；

图22为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置切换至第三分盘的示意图；

图23为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置切换至第二分盘的示意图；

图24为本发明实施例的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置切换至第一分盘的示意图。

图中：1、切换盘；2、传动盘；3、连接件；4、定位装置；5、转接件；6、驱动装置；7、遮光板；8、基板；9、固定轴；10、限位槽；11、第一分盘；12、第二分盘；13、第三分盘；14、止分盘；21、轴孔；22、止挡部； 31、插接孔；32、定位孔；33、连接部；34、收束部；41、定位轴；51、限位件；52、螺纹部；53、固定件；61、驱动轴；71、遮挡板；91、定位环；111、第一转动环；112、第一连接分盘；113、第一卡环；121、第二转动环；122、第二连接分盘；123、第二卡环；131、第三转动环；132、第三连接分盘；133、第三卡环；311、限位孔；141、凹环；411、定位部；412、光滑部。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，在不付出创在性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另，设计方位的属于仅表示各部件间的相对位置关系，而不是绝对位置关系。

本发明实施例提供了一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置，能够在振荡器的内部快速完成晶体切换，确保振荡器的续航使用。请参阅图1-图24，本发明的实施例中的晶体切换装置，主要包括切换盘1、传动盘2、连接件3、定位装置4，切换盘1设置有转动环，传动盘2设置有轴孔21，切换盘1与传动盘2同轴设置在固定轴9之上，固定轴9 固定在基板8上。驱动装置6的底座固定在基板8上，驱动装置6的驱动轴61与传动盘2的外侧壁啮合，使得驱动装置6能够通过驱动轴61驱动所述传动盘2转动。驱动装置6可以采用步进电机，使得驱动轴61驱动所述传动盘2转动的角度可控。切换盘1位于传动盘2之上，切换盘1由多个分盘组成，本发明实施例中以三个分盘为例进行说明，除轴心部分的转动环外切换盘1每个分盘的下表面均与传动盘2的上表面接触，使得传动盘2转动时能够带动所述切换盘1同步转动。切换盘1的分盘的下表面与传动盘2的上表面之间摩擦系数可以根据实际情况设计，使得传动盘2在转动时能够顺利带动切换盘1同步转动且不滑移；当切换盘1的分盘收到止挡不能转动时，传动盘2可以继续转动，同时能够带动其他不被止挡的分盘继续转动。

请参阅图1、图3、图22，可以确定切换盘1的初始位置，使得驱动装置6在对传动盘2进行驱动时，能够获得切换盘1的相对位置，从而确定驱动装置6的转动量，将切换盘1的分盘转动到合适的位置，即定位装置4的位置，使得定位装置4能够将该分盘的位置固定，不与传动盘2继续进行转动，其他分盘仍可以与传动盘2一起转动。此时传动盘2可以将其他分盘还原至初始位置。

本发明实施例中，三个分盘分别为第一分盘11、第二分盘12、第三分盘13。请参阅图3-图11，第一分盘11包括第一转动环111、第一连接分盘112、第一卡环113；第二分盘12包括第二转动环121、第二连接分盘122、第三卡环123；第三分盘13包括第三转动环131、第三连接分盘132、第三卡环133。其中，三个转动环的厚度与一个连接分盘的厚度相同，第一转动环111位于第一连接分盘112的连接端面的下方，第二转动环121位于第二连接分盘123的连接端面的中间，第三转动环131位于第三连接分盘132的连接端面的上方，使得转动环同轴连接时，每个分盘依次排序，能够将每个连接分盘平整安装在传递盘2上不重叠，并且每个分盘均可以独立转动但受到其他分盘的占据空间限制。

以本发明实施例中的第一分盘11的第一卡环113为例，第一卡环113套设在固定轴9的定位环91内。定位环91可以拆分为两个对称的上下结构，先套设一个下位结构至固定轴9上，然后安装第一卡环113至下位结构内，在安装上位结构至固定轴9上，上、下位结构组成一个定位环91，使得定位环91能够将第一分盘11的第一卡环113卡扣，与固定轴9之间形成独立的转动连接，与其他分盘的转动连接不产生影响。可以理解的是，第二分盘12、第三分盘13与第一分盘11的连接方式相同，仅位置关系不同，在此不再详述。

以本发明实施例中的第一分盘11为例进行说明，从初始位置开始，通过驱动装置6驱动传动盘2进行转动，带动切换盘1进行转动一定的角度，使得第一分盘11到达固定位置，能够与定位装置4进行定位结合；此时，第一分盘11、第二分盘12、第三分盘13紧贴在一起，未分离；可以翻转驱动装置6，将未被固定的第二分盘12、第二分盘13转动至初始位置（此时转动角度可以过量），以避免晶体光线间的影响。当需要切换晶体时，打开定位装置4与第一分盘11的定位结合，由于此时的第二分盘12处于初始位置，可直接驱动传动盘2将第二分盘12转动至定位装置4的位置进行定位结合，从而完成晶体切换。

可以理解的是，第二分盘12与定位装置4定位结合之后，第一分盘11、第三分盘13均与第二分盘12接触，此时可以将持续转动传动盘2，将第一分盘11转动至左侧的终止点（此时转动角度可以过量），此时第三分盘13仍与第二分盘接触，然后反向转动传动盘2，将第三分盘13与第二分盘12分离，使得第一分盘11、第三分盘13均与第二分盘12保持一定的距离。

当需要切换第三分盘13时，可以将第三分盘13反向转动至初始位置（此时转动角度可以过量），然后松开定位装置4与第二分盘12的定位结合，此时第一分盘11与第二分盘12接触；通过驱动装置6驱动传动盘2，将位于初始位置的第三分盘13转动至定位装置4，使得第三分盘13能够与定位装置4进行定位结合，从而完成晶体的切换，此时的第一晶体11、第二晶体12位于终止点。

本发明实施例中，传动盘2与切换盘1同轴设置在固定轴9之上，止分盘14的中心部位设置有凹环141套设在转动环的外侧且不影响转动环的转动，止分盘14的两侧可以分别作为起始点和终止点，止分盘14可以相对于传动盘2、切换盘1固定设置，使得初始位置和终止位置始终相对于定位装置4始终保持不变，在切换晶体时，能够准确的找准基准点。

以第一分盘11为例，请参阅图12、图13，本发明实施例中，第一分盘11的对称中心线上设置有限位槽10，限位槽10位于第一连接分盘10的外边缘的上表面。限位槽10用以安装连接件3，连接件3的连接部33插入限位槽10的内部且固接在一起，连接件3始终与第一连接分盘112保持垂直状态。连接件3的自由端开设有插接孔31和定位孔32，其中，插接孔31用以固定安装转接件5，转接件5的上端固定有备用晶体；其中定位孔32与定位装置4的定位轴41形成配合关系，能够完成定位结合。

插接孔31的上端设置有限位孔311，转接件5上配合所述限位孔311设置有限位件51，使得转接件5与插接孔31完成插接时，限位件51能够与限位孔311结合，从而限定所述转接件5的相对位置，进一步的限定备用晶体的相对位置，当分盘被定位时，确保晶体的位置与定位装置4的相对位置在每次切换后均一致。可以理解的是，转接件5是可以随时拆卸的，可以在转接件5的下端设置螺纹部52，将伸出插接孔31的部分使用固定件53固定，配合限位件51将转接件5固定在连接件3上。进一步的，根据光路的使用情况，可以将转接件5与连接件3的相对为做出改变，调整备用晶体的使用角度，使得转接件5既可以随时拆卸，又能够满足使用的需求。

定位孔32的下端的周边可以设置收束部34，定位孔32位于收束部34的中间，收束部34能够扩大驱动装置6的转动误差范围，使得定位轴41与定位孔32的定位结更为容易。收束部34的侧壁向定位孔32倾斜，抵接在收束部34侧壁上的定位轴41在逐渐生出的过程中，会推动连接件3微微转动，使得定位孔32自动校正与定位轴41完成定位结合；相对应的，定位轴41的抵接部可以设置有光滑部412，以便于定位轴41能够推动连接件3滑动，使得定位会走41与定位孔32完成定位结合。进一步的，为了确保定位轴41与连接件3之间的定位稳定性，可以将插接进入定位孔32的部位设置为多边形棱柱体，对应的将定位孔32也设置为多边形棱柱通孔，确保定位孔32与定位轴41的结合稳定性。

驱动装置6的驱动轴61与传动盘2的外壁侧之间均设置竖直的螺纹，使得驱动轴61与传动盘2能够形成啮合关系，从而通过驱动装置6对传动盘2完成驱动。可以在传动盘2的外侧壁的上端设置止挡部22，用以限定驱动轴61与传动盘2的啮合长度，使得驱动轴61不与传动盘2的上表面上的物体接触。

基于上述装置，在本发明的一种适用于光参量振荡器的晶体切换装置在进行操作时，驱动装置6的步进电机每次驱动传动盘2的转动角度应预设执行方案，使得步进电机在进行驱动时，能够将分盘的准确的转动至定位装置4的定位结合位置，完成定位结合，从而确定备用晶体的位置。进一步的，定位备用晶体之后，持续运行步进电机可以将其他分盘转动至初始位置以待下次切换。

可以在切换盘1的外围设置遮光板7，留出光路路径即可。还可以在光路路径上设置可移动的遮挡板71，遮挡光线，然后直接进行晶体的切换，切换完成之后，移开遮挡板71即可。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。