[發(fā)明專(zhuān)利]一種激光器聚光腔

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010164797.0
• 申請(qǐng)日: 2010-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101841121A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖金陵;李家偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/16
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/16;H01S3/0915
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體激光器技術(shù)，具體涉及一種激光器聚光腔。

背景技術(shù)

在目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的300W-500W激光焊接與激光切割機(jī)中，以YAG固體激光器使用最多，約占市場(chǎng)份額的90％。而在固體YAG激光器中，采用的聚光腔約90％為雙橢圓鍍金聚光腔，其余10％為陶瓷緊包腔。

陶瓷緊包腔雖然有聚光效率高、壽命長(zhǎng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于它的熱透鏡效應(yīng)大，激光輸出光束質(zhì)量不穩(wěn)定，在激光加工過(guò)程中焦點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，故在300W以上的YAG激光器中不使用陶瓷緊包腔。

鍍金橢圓聚光腔，采用將YAG棒和脈沖氙燈分別放在橢圓柱的兩個(gè)焦軸上(如圖1)，理論上，從一個(gè)焦點(diǎn)上發(fā)出的任意方向的光，在經(jīng)過(guò)橢圓面反射后，必定要匯聚到橢圓的另一個(gè)焦點(diǎn)上。

由于橢圓拄面的這個(gè)特性，在各種形狀的激光器聚光曲面中，以橢圓拄面的聚光效率為最高。

橢圓拄聚光面的缺點(diǎn)：

在單燈單棒組成的激光器中，橢圓拄面的優(yōu)點(diǎn)是其它聚光面無(wú)法替代的，可是當(dāng)激光器需要提高輸出功率，例如300W，500W，700W時(shí)，單燈泵浦的功率不夠了，必須采用雙燈單棒的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，稱(chēng)之為雙橢圓聚光腔。燈a在左邊橢圓的焦點(diǎn)上，b在右邊橢圓的焦點(diǎn)上，棒在兩個(gè)相交橢圓的公共焦點(diǎn)上

由于橢圓本身的特點(diǎn)，它不可能對(duì)燈、棒實(shí)現(xiàn)緊飽。這樣，在采用雙橢圓柱聚光腔結(jié)構(gòu)時(shí)，兩個(gè)橢圓柱面在棒的中垂線(xiàn)上交匯，即圖2上的A，B兩點(diǎn)。而對(duì)于燈而言，兩個(gè)橢圓柱聚光面在YAG的上、下兩部分都出現(xiàn)了一個(gè)很大的空缺，即圖2上的AC和BD，從燈a和燈b發(fā)出的光，在通過(guò)AC和BD后，它們?cè)僖膊豢赡鼙环瓷涞結(jié)AG棒上了。這是雙橢圓聚光腔的最大缺點(diǎn)，而且這個(gè)缺點(diǎn)是它自身改變不了的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種激光器聚光腔，是一種比雙橢圓柱面聚光效率更高的聚光腔。

本發(fā)明提供的激光器聚光腔，包括聚光腔體，YAG棒及兩個(gè)燈；YAG棒位于聚光腔體的中心處，兩個(gè)燈位于YAG棒兩側(cè)，且對(duì)稱(chēng)分布，聚光腔體，YAG棒及兩個(gè)燈的軸線(xiàn)均平行，其特征在于，聚光腔體的形狀由兩個(gè)相交的圓柱面構(gòu)成，二個(gè)相交的圓柱面對(duì)稱(chēng)布置，二個(gè)相交的圓柱面的橫截面的半徑相等，半徑均為15～35mm。

本發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)激光器的聚光原理的研究，發(fā)明了一種比雙橢圓柱面聚光效率更高的聚光腔，它是一種我們首次提出的聚光腔，它克服了雙橢圓柱面聚光腔YAG棒上、下兩側(cè)漏光的缺點(diǎn)，又沒(méi)有普通相交圓柱面聚光腔效率不高的缺點(diǎn)，因而稱(chēng)之為緊包相交圓聚光腔。具體而言，本發(fā)明的特點(diǎn)是：

1它們可以對(duì)兩支燈和YAG棒(及它們的濾紫外套管)實(shí)行緊包，這就大大減小了雙橢圓聚光腔的漏光缺陷。

2這四個(gè)相交圓弧又不是一般的圓弧面，它們是可以在相當(dāng)一段范圍內(nèi)與燈及YAG棒的聚光橢圓弧線(xiàn)重合的。這樣，它們的聚光性能又和聚光橢圓的聚光效率一樣，這是一般的相交圓聚光效率所不能比的。

3、本發(fā)明有三個(gè)特點(diǎn)：1是相交圓。2是緊包的。3其形狀為非橢圓，卻具有橢圓的聚光特性，但其聚光效率更高。

理論計(jì)算和初步實(shí)驗(yàn)都表明：本發(fā)明的最佳緊包相交圓聚光腔，在同等條件下(采用相同的燈、YAG棒)，其聚光效率比現(xiàn)有雙橢圓聚光腔提高了5％～8％。

附圖說(shuō)明

圖1是橢圓腔的聚光原理示意圖；

圖2是雙橢圓聚光腔的結(jié)構(gòu)原理；

圖3是本發(fā)明提供的非橢圓激光器聚光腔的結(jié)構(gòu)示意圖(橫截面)。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，本發(fā)明提供的聚光腔包括聚光腔體1，YAG棒4及兩個(gè)燈2、3；聚光腔體1的形狀由兩個(gè)相交的圓柱面構(gòu)成，二個(gè)相交的圓柱面對(duì)稱(chēng)布置，并且其軸線(xiàn)平行，二個(gè)相交的圓柱面的截面半徑相等，均為15～35mm；YAG棒4位于聚光腔體1的中心處，兩個(gè)燈2、3位于YAG棒4兩側(cè)，且對(duì)稱(chēng)分布。聚光腔體1，YAG棒4及兩個(gè)燈2、3的軸線(xiàn)均平行。兩個(gè)燈2、3可以為氙燈或氦燈。

這種新型的聚光腔從根本上不同于雙橢圓柱面聚光腔，也不同于一般的相交圓柱面聚光腔，它是一種帶有橢圓性質(zhì)的緊包的相交圓聚光腔。

實(shí)施例中相交圓的半徑為25mm。

以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。