一种半导体精雕固体激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半导体精雕固体激光器，包括激光模块、谐振腔和冷却系统；所述激光模块为50-100W半导体侧面泵浦激光模块，可最大输出50-100W的连续1064nm激光；系统由水冷机和水管组成，对激光模块与调Q晶体进行温度控制；所述谐振腔包括全反镜、小孔光阑、输出镜，全反镜、输出镜都为带有一定曲率的平凹镜，输出镜为1064nm激光光功率部分透过，整体构成近似半共心腔；它选用谐振腔为稳定腔，而且在所需要的功率范围，将热透镜效应的影响降到最低程度。另外，降低了损耗，降低了激光阈值，提高了输出功率，使得转换效率相比平平腔获得了较大提升。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种半导体精雕固体激光器，包括激光模块、谐振腔和冷却系统；所述激光模块为50-100W半导体侧面泵浦激光模块，可最大输出50-100W的连续1064nm激光；系统由水冷机和水管组成，对激光模块与调Q晶体进行温度控制；所述谐振腔包括全反镜、小孔光阑、输出镜，全反镜、输出镜都为带有一定曲率的平凹镜，输出镜为1064nm激光光功率部分透过，整体构成近似半共心腔；它选用谐振腔为稳定腔，而且在所需要的功率范围，将热透镜效应的影响降到最低程度。另外，降低了损耗，降低了激光阈值，提高了输出功率，使得转换效率相比平平腔获得了较大提升。【专利说明】一种半导体精雕固体激光器
本技术涉及固体激光器应用
；尤其是一种半导体精细雕刻固体激光器。
技术介绍
当前在激光标记、表面处理加工等应用领域中，半导体侧面泵浦固体激光器占据了大部分市场。该类激光器利用半导体激光器输出波长与晶体吸收波长匹配的特点，获得相比于灯泵浦高一个数量级的转换效率。侧面泵浦实现了高功率泵浦和高功率的激光输出，目前常用固体激光器在50-100W之间。同时，Nd =YAG由于自发辐射寿命较长，可以获得更高的腔内储能，获得窄脉宽和高峰值功率，特别适用于金属材料的表面加工和一定深度的雕刻。侧面泵浦技术已经广泛使用，但是国内并未对光路部分进行深入的研究。常用激光器的谐振腔为平平腔，该腔型虽然易于调节，原材料加工方便，发散角较小，但是存在很多缺陷。平平腔衍射损耗大；属于临界稳定腔，失调灵敏度较大，受到外部机械振动或者轻微受热变形，光路会发生不可恢复变化；热灵敏性较明显，受热透镜焦距影响较大，极大的影响功率稳定性；选模能力差，易于产生高阶模式；小孔光阑直径与位置选择不当影响基模输出。以上缺陷影响激光器的加工质量。因此，如何通过改变谐振腔或其他器件来优化激光器光路，提高加工质量是该类激光器的亟待解决的一个技术难题。
技术实现思路
本技术要解决的主要技术问题是，提供一种高稳定度、高光束质量、高峰值功率的半导体精雕固体激光器。 为解决上述技术问题，本技术提供一种半导体精雕固体激光器，包括激光模块、谐振腔、冷却系统，激光模块为50-100W半导体侧面泵浦激光模块，可最大输出50-100W的连续1064nm激光。冷却系统由水冷机和水管组成，对激光模块与调Q晶体进行温度控制。其不同之处在于:所述谐振腔包括全反镜、小孔光阑、输出镜，全反镜、输出镜都为带有一定曲率的平凹镜，输出镜为1064nm激光光功率部分透过，整体构成近似半共心腔。 进一步，所述近似半共心腔由带有一定曲率的全反镜和输出镜构成，全反镜采用曲率半径较大的平凹镜，曲率半径在3-5m，对1064nm激光全反，输出镜采用曲率半径适中的平凹镜，曲率半径在0.6-0.8m之间，对1064nm激光光功率部分透过，透射率在15%_25%之间。 进一步，腔长保证为输出镜的曲率半径一半长度左右，0.3-0.5m之间。 进一步，小孔光阑靠近全反镜一侧，距离0.05-0.1m之间。 对比现有技术，本技术作为改进的原理在于: 改进所依据的基本原理是通过改变谐振腔型来提高谐振腔的稳定性和光束质量。平平腔，两端腔镜采用平面镜，该类腔型由于腔镜曲率与腔内产生的高斯光束曲率半径不匹配，造成衍射损耗和几何损耗较大，增加了腔内损耗，直接导致激光输出功率下降和阈值的提高，间接降低了转换效率。以上问题还导致平平腔选模能力差，易于产生多模振荡，降低光束质量，对激光加工十分不利。作为临界稳定腔，调节精度要求高，经过振动及其他外力影响将严重影响激光输出。其对热效应较灵敏，通过传输矩阵进行计算，可得出: ABl「1￡ 1 θ|.?Ζ2Τ?Ζ2? 1 θ--￡1 CD]-[oi — J^iJo I 丄0 i 1- /yiJ[o ι jl-f i)l <1为谐振腔稳定性条件；其中f为热透镜焦距，L1+L2=L。可以看出，谐振腔的稳定性由热透镜焦距和腔长决定，由于工业加工对尺寸要求尽可能小，因此在总腔长确定的条件下，热透镜焦距对谐振腔稳定性的影响起到了决定性的作用。由于随着泵浦功率的增加，热透镜效应愈加明显，因此，谐振腔内光学特性也会随着热透镜焦距的变化而变化，严重影响了在不同泵浦功率下激光输出的稳定性和光束质量。 为解决以上问题，将平平腔改为近似半共心腔。两个腔镜使用带有一定曲率半径的平凹镜。输出采用较大曲率半径的平凹镜。一般选取4-6m，该曲率半径近似平面，可将镜片近似当做平面镜来看，但是由于带有一定曲率，与腔内激光波前形成匹配，降低了一部分损耗。输出镜采用较小曲率半径的平凹镜，曲率半径在0.6m-0.8m之间，对1064nm激光光功率部分透过，该曲率与腔内激光匹配，达到了一定的选模作用，并且通过其对腔内光束的影响，来降低热焦距的影响作用，计算腔内的传输矩阵得出: ABl 1 O IZl 1 θΤ?￡2?Γ 1 0^1￡2 1 O IZl K 及小 I 1? I jo 小々Jo I 其中R1为全反镜的曲率半径，R2为输出镜的曲率半径，可以看出，在总腔长固定的情况下，腔内光学特性除了由热透镜焦距影响外，还受到了曲率半径的控制。通过理论 _λ_+Ty—_ 计算，选择合适曲率半径，使得的数值在中等到较高泵浦功率范围一直保证在0.5 左右，谐振腔为稳定腔，而且在所需要的功率范围，将热透镜效应的影响降到最低程度。另夕卜，降低了损耗，降低了激光阈值，提高了输出功率，使得转换效率相比平平腔获得了较大提升。 本技术所述的激光器的谐振腔，具备一定的选模能力，在光学束腰处附近放置小孔率光阑，可以滤掉高阶模式，保证在侧面泵浦高功率条件下获得基模输出；束腰位置在全反镜前一定距离处。 本技术所述的激光器，腔长通过理论计算严格控制在输出曲率半径一半长度左右，保证谐振腔的稳定性。 【专利附图】【附图说明】 图1半导体精雕固体激光器实物结构示意图。 图2半导体精雕固体激光器光路结构示意图。 图3新型激光器与传统激光器连续输出功率曲线比较图。 图4新型激光器与传统激光器在相同电流不同频率下的峰值功率比较图。 图5新型激光器与传统激光器在不同调制频率下的雕刻效果比较图。 【具体实施方式】 下面通过【具体实施方式】结合附图对本技术作进一步详细说明。 请参见图广4，本技术实施例中，一种半导体精细雕刻固体激光器: 实施方式1: 参见图1，一种半导体精细雕刻固体激光器，半导体侧面泵浦固体激光器，包括激光模块、谐振腔和冷却系统，所述激光模块5为海特光电的50W激光模块；所述谐振腔包括全反镜2、输出镜6、小孔光阑3，其中全反镜2、输出镜6为带有一定曲率半径的平凹镜，在腔内靠近全反镜处设置有小孔光阑3。 作为优选，所述激光模块5为最大输出50W功率的模块，在22A获得连续最大输出功率。 进一步，所述冷却系统由水冷机和水管构成，水冷机通过水管与激光模块5和调Q晶体4相连，利用冷却水对两个模块冷却，并精确控制温度。实际使用温度为25°C，可控制在0.1°C精度范围内。 进一步，谐振腔由全反镜2、输出镜6、小孔光阑3组成。激光由输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体精雕固体激光器，包括激光模块、谐振腔和冷却系统；其特征在于：所述激光模块为50‑100W半导体侧面泵浦激光模块，可最大输出50‑100W的连续1064nm激光；系统由水冷机和水管组成，对激光模块与调Q晶体进行温度控制；所述谐振腔包括全反镜、小孔光阑、输出镜，全反镜、输出镜都为带有一定曲率的平凹镜，输出镜为1064nm激光光功率部分透过，整体构成近似半共心腔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义红，吴娟，陈义兵，易光纯，
申请(专利权)人：南京海锐特激光设备有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32