一种高功率高重频脉冲激光器制造技术

本发明专利技术提供一种高功率高重频脉冲激光器，包括聚光腔、谐振腔、激光晶体棒、脉冲放电控制系统，其特征在于：所述聚光腔为金属腔，包括双椭圆镀金反射体、脉冲灯和激光晶体棒的支撑结构和导流管，聚光腔为双灯双椭圆结构，双椭圆镀金反射体的椭圆中心O和脉冲灯及晶体棒中心点C偏离设置，双椭圆相交点B与激光晶体棒保持较小的距离；激光器谐振腔为双凹镜或平面镜对称腔，两晶体棒串接，整条光路采用对称式U形结构；脉冲放电控制系统实现多只灯的同步或异步放电，同一聚光腔内同组两只脉冲灯保持同步放电；不同聚光腔的两组脉冲灯，则实现同步和间隔放电可调，从而实现高功率、高重频、高光束质量的脉冲激光输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高功率高重频脉冲激光器，具体为一种用于激光切割加工的双棒串接多灯泵浦高功率高重频脉冲Nd = YAG激光器，属激光器件

技术介绍
高功率激光在金属切割加工领域具有巨大优势并被广泛应用。目前用于切割加工的激光器主要有大功率光纤激光器、大功率CO2激光器和灯泵浦脉冲固体激光器。脉冲固体激光器与其他两种激光器相比，用于切割加工的优点表现在其激光输出为脉冲形式，脉冲激光具有很高的峰值功率，相同平均功率情况下，切割金属板件的厚度比其他要大的多，切割能力强。目前用于切割的灯泵浦脉冲固体激光器多为双灯泵浦单棒固体激光器，限于脉冲灯的辐射能量和放电频率的限制，激光输出功率一般小于600W，重复频率小于200Hz。同时因为单根激光晶体不能做到有效的热效应补偿，激光器光束质量差，这大大限制了脉冲固体激光器在切割加工领域优势的发挥。中国专利技术专利《多棒串接的双灯泵浦大功率固体激光器》(申请号:01142319.6)公开的脉冲激光器，采用双棒串接，泵浦方向垂直来提高激光功率，在脉冲频率和效率方面仍存在不足。综上所述，高功率高重频脉冲激光器在金属切割领域具有自己的优势，上述公开的专利仅提出了提高功率的方法，在脉冲频率和激光效率方面仍存在较大欠缺，不能满足工业加工发展的需求。
技术实现思路
本专利技术目的就是 针对
技术介绍
所述问题，公开一种高功率高重频脉冲Nd:YAG激光器。该激光器通过双棒串接多灯泵浦，实现高功率、高重频、高光束质量的脉冲激光输出。本专利技术所采用的技术方案是:一种高功率高重频脉冲激光器，包括聚光腔、谐振腔、激光晶体棒、脉冲放电控制系统，其特征在于: 所述聚光腔为金属腔，包括双椭圆镀金反射体、脉冲灯和激光晶体棒的支撑结构和导流管，聚光腔为双灯双椭圆结构，两支脉冲灯从两侧泵浦一根激光晶体棒，双椭圆镀金反射体的椭圆中心O和脉冲灯及激光晶体棒中心点C偏离设置1_，双椭圆相交点B与激光晶体棒距离控制在3mm以内； 所述激光晶体棒为Nd = YAG晶体棒，激光晶体棒安装在聚光腔中心导流管内，激光晶体棒与支撑结构不通过晶体棒套筒而直接连接； 所述谐振腔由全反镜、输出镜和两组折反镜构成，全反镜和输出镜为对称凹镜或平面镜，谐振腔光路为对称式U形结构；整个激光器结构为双激光晶体棒串接，四个脉冲灯泵浦，分两组与聚光腔构成模块； 脉冲放电控制系统用于控制多只灯的同步或异步放电:同一聚光腔内两只同组脉冲灯保持同步放电；不同聚光腔的两组脉冲灯，则实现同步和间隔放电可调。如上所述的高功率高重频脉冲激光器，其特征在于，全反镜镀1064nm波长反射膜，输出镜镀部分反射膜，全反镜反射率R>99.5%，输出镜透过率T=20 40% ;两组折反镜镀1064nm波长反射膜。如上所述的高功率高重频脉冲激光器，其特征在于，激光晶体棒规格为Φ8 X 175mm。本专利技术的有益效果是: ①聚光腔椭圆反射体采用脉冲灯和晶体棒中心偏离椭圆中心结构设计，双椭圆交点与激光晶体距离小，聚光腔结构紧凑，辐射光到另一对称椭圆区的辐射少而具有较高的耦合效率，使激光器整体效率得到提高。②通过脉冲放电控制控制系统，实现同组脉冲灯同步放电，两组脉冲灯同步和间隔放电可调，即实现了激光脉冲大能量输出又实现了激光高重复频率输出，大大增强了激光器的加工能力和加工范围。③谐振腔采用对称式U形结构，使谐振腔长度缩小一半以上，提高了激光器运行的稳定性和应用的方便性。④采用双棒串接方式，通过谐振腔优化设计，两个晶体棒的热效应很大一部分可以相互补偿，大大提高激光光束质量。综上所述，通过专利技术所公开的技术方案可确保脉冲Nd:YAG激光器实现高功率高重频高光束质量的稳定激光输出。附图说明图1是本专利技术闻功率闻重频脉冲激光器的结构不意 图2是本专利技术高功率高重频脉冲激光器的聚光腔结构示意 图3是本专利技术高功率高重频脉冲激光器的聚光腔结构截面示意图。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。附图中的符号说明:1 一全反镜，21、22、23、24—脉冲灯(4只)，31、32 — Nd:YAG晶体棒(两根)，41、42一折反镜(两组),5一脉冲放电控制系统,6一输出镜,7—双椭圆镀金反射体，8—导流管，9 一支撑结构。如图1 2所示，本专利技术高功率高重频脉冲激光器，包括聚光腔、谐振腔、激光晶体棒、脉冲放电控制系统几个部分。聚光腔为金属腔，包括双椭圆镀金反射体7、导流管8和支撑结构9，如图3所示，相交的两个椭圆中心点O和脉冲灯及晶体棒中心点C偏离设置1_，通过模拟优化，双椭圆相交点B与激光晶体棒保持较小的距离(3_内)，脉冲灯辐射到另一对称椭圆区的辐射少而具有较高的耦合效率。谐振腔由全反镜1、两组折反镜41和42、输出镜6构成，其中全反镜I和输出镜6为对称凹面镜或平面镜，分别镀1064nm波长反射膜和部分反射膜，全反镜I反射率R>99.5%，输出镜6透过率T=20 40%，折反镜41和42镀1064nm波长反射膜。谐振腔光路为对称式U形结构，使谐振腔总长不超过600mm，提高了激光器运行的稳定性和应用的方便性。Nd: YAG激光晶体棒31、32，规格为Φ8 X 175mm，与支撑结构9不通过晶体棒套筒而直接连接，结构稳定性好，冷却水流畅通。脉冲放电控制系统5控制同一聚光腔内的同组脉冲灯21、22或23、24保持同步放电，保证了泵浦的均匀性，不同聚光腔的两组脉冲灯，则实现同步和间隔放电可调，扩大脉冲激光输出能量和频率范围，激光脉冲能量最大可达8J，频率最高可达600Hz。本专利技术的工作原理是:所述固体激光器的脉冲灯放电时，辐射光通过椭圆聚光腔耦合到激光晶体棒上实现激光器的泵浦，聚光腔椭圆结构设计为椭圆中心和脉冲灯及晶体棒中心偏离设置，双椭圆交点距离激光晶体棒距离小，通过模拟设计结构紧凑，辐射光线不易跑到对称一侧，具有高的耦合效率高辐射到另一对称椭圆区的辐射少而具有较高的耦合效率。通过导流管的高速水流冷却条件下的激光晶体棒在脉冲泵浦作用下产生增益，谐振腔内实现激光振荡，激光器输出脉冲激光。激光器为双棒串接的对称结构，通过谐振腔优化设计实现两晶体的热效应相互补偿，实现高光束质量激光输出。当脉冲放电控制系统控制实现两组灯同步放电时，两根激光晶体棒同时提供增益，激光器产生巨能量脉冲输出；当两组灯间隔放电时，则可实现频率加倍的高重频激光输出。间隔放电时，两激光晶体泵浦功率及频率相同，仅仅是时间错开，高频脉冲放电条件下因热弛豫慢而成连续热特性，两晶体热效应仍然相同，使间隔脉冲的高光束质量输出得以实现。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。权利要求1.一种高功率高重频脉冲激光器，包括聚光腔、谐振腔、激光晶体棒、脉冲放电控制系统，其特征在于: 所述聚光腔为金属腔，包括双椭圆镀金反射体、脉冲灯和激光晶体棒的支撑结构和导流管，聚光腔为双灯双椭圆结构，两支脉冲灯从两侧泵浦一根激光晶体棒，双椭圆镀金反射体的椭圆中心O和脉冲灯及激光晶体棒中心点C偏离设置1_，双椭圆相交点B与激光晶体棒距离控制在3mm以内；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率高重频脉冲激光器，包括聚光腔、谐振腔、激光晶体棒、脉冲放电控制系统，其特征在于：所述聚光腔为金属腔，包括双椭圆镀金反射体、脉冲灯和激光晶体棒的支撑结构和导流管，聚光腔为双灯双椭圆结构，两支脉冲灯从两侧泵浦一根激光晶体棒，双椭圆镀金反射体的椭圆中心O和脉冲灯及激光晶体棒中心点C偏离设置1mm，双椭圆相交点B与激光晶体棒距离控制在3mm以内；所述激光晶体棒为Nd:YAG晶体棒，激光晶体棒安装在聚光腔中心导流管内，激光晶体棒与支撑结构不通过晶体棒套筒而直接连接；所述谐振腔由全反镜、输出镜和两组折反镜构成，全反镜和输出镜为对称凹镜或平面镜，谐振腔光路为对称式U形结构；整个激光器结构为双激光晶体棒串接，四个脉冲灯泵浦，分两组与聚光腔构成模块；脉冲放电控制系统用于控制多只灯的同步或异步放电：同一聚光腔内两只同组脉冲灯保持同步放电；不同聚光腔的两组脉冲灯，则实现同步和间隔放电可调。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚育成，黄楚云，徐国旺，杨涛，徐少刚，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：