[發(fā)明專利]高功率調Q脈沖激光器

無效

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• 申請日: 2010-06-22
• 公開（公告）號: CN101872934A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 陳培鋒;孫長東;梁喬春;談賢杰
• 申請（專利權）人: 蘇州市博海激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/121
• 分類號: H01S3/121
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發(fā)明屬于激光器領域，特別涉及一種高功率調Q脈沖激光器。

背景技術

近年來，激光打孔技術在水松紙打孔、皮革打孔、膏藥打孔等領域都得到快速發(fā)展；同時隨著高端汽車、家電、電子和輕工業(yè)對具有優(yōu)良沖壓性能和表面涂鍍性能的毛化鋼板需求日益擴大，激光毛化技術也得到了迅速發(fā)展。提高激光打孔和激光毛化技術的加工質量和效率的關鍵是研制出重復頻率、高峰值功率的高能量脈沖輸出激光器作為激光發(fā)射源。在現(xiàn)有技術條件下，一般采用調Q技術實現(xiàn)高重復頻率、高峰值功率的高能量脈沖激光輸出。

目前，常規(guī)的激光調Q技術有轉鏡調Q、電光調Q、聲光調Q和被動式可飽和吸收體調Q。

轉鏡調Q的基本原理是脈沖激光器諧振腔的全反鏡被一個由高速電機帶動旋轉的全反鏡所替代構成。全反鏡繞垂直于諧振腔軸線做周期性旋轉，因此構成了一個Q值作周期性變化的諧振腔。這種Q開關無插入損耗，而且不存在光損傷的問題，因此可以獲得峰值功率高達幾十MW的短脈寬脈沖；但其主要缺點是在高轉速下的機械磨損會影響其使用壽命，且裝配工藝要求很高。因此，該調Q技術很難廣泛應用于實際生產中。

電光調Q的基本原理是在激光諧振腔中插入一個電光晶體，通過控制電光晶體兩端電壓而調節(jié)諧振腔的Q值，從而實現(xiàn)激光調Q。這種調Q方式能產生窄脈沖，同步性能好，使用壽命長，可以獲得峰值功率高達幾十MW以上、脈寬為幾十納秒的巨脈沖；但脈沖重復頻率低(100Hz量級)，同時會在加工過程中產生大量等離子體，從而影響到材料對激光能量的吸收。因此，電光調Q激光器很難滿足激光打孔和激光毛化等技術對加工效率的要求。

聲光調Q的基本原理是在激光諧振腔軸線上放置一個聲光調制器件，并通過使用高頻振蕩信號作用于聲光調制器件而改變諧振腔的Q值。聲光調Q技術容易獲得峰值功率為幾百KW、脈寬為一百納秒左右的巨脈沖，但由于其聲光調制器的衍射效率是有限的，從而導致它對高能量激光器的開關能力較差，因此它只能使用于較低增益的連續(xù)激光器上。綜上所述，聲光調Q脈沖激光器的單脈沖能量低，平均功率也低，從而使其應用范圍受到很大限制。

被動式可飽和吸收體調Q的基本原理是在激光諧振腔軸線上放入可飽和吸收染料，該染料的吸收系數(shù)隨著腔內光強的變化而變化，從而被動地改變腔內Q值。這種開關結構簡單，使用方面，可以獲得峰值功率為幾MW、脈寬為幾十ns的巨脈沖；但由于它是一種被動式調Q，因此產生調Q脈沖的時刻有一定的隨機性，不能人為控制。因此，這種調Q方式不能滿足激光打孔、激光毛化等對加工精度高的要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是：針對背景技術中涉及的現(xiàn)有各類調Q脈沖激光器的不足而提供一種高功率調Q脈沖激光器，該激光器能夠提供穩(wěn)定性高、重復頻率高、峰值功率及脈沖能量高，而脈寬短的脈沖激光輸出，其被應用于激光打孔時可以加工更深厚度的材料，應用于激光毛化領域時可以生產更深的毛化點和表面粗糙度。

本發(fā)明的技術方案是：一種高功率調Q脈沖激光器，包括由輸出透反鏡和全反鏡構成的諧振腔及置于所述諧振腔內的連續(xù)泵浦單元和Nd:YAG激勵介質；其特征在于還包括一位于諧振腔內并由高速電機帶動旋轉的機械調制盤，所述機械調制盤由遮光材料制成并且其上設有至少一個供激光光軸穿過的通光部位。

本發(fā)明中所述通光部位具體可以是開設于機械調制盤外緣上的通光切口。當通光切口的數(shù)量較多時，機械調制盤的外緣則呈鋸齒狀。

或者，本發(fā)明中所述通光部位也可以是通光孔。

或者，本發(fā)明中所述機械調制盤上的通光部位大于一個時，也可以部分為通光孔，而余下的則是開設于機械調制盤外緣上的通光切口。

本發(fā)明主要采用一個高速旋轉的機械調制盤以實現(xiàn)激光器的調Q。其主要的工作原理如下：機械調制盤旋轉的過程中，其上的非通光部位旋轉到激光光軸上時，相當于在激光光軸上插入一個不通光的物體，從而導致激光器無法振蕩；如果此時通過連續(xù)泵浦單元提供能量，那么將在Nd:YAG激勵介質中逐漸積累能量；隨著機械調制盤的旋轉，當通光部位旋轉到激光光軸上時，相當于將激光光軸上插入的不通光物體快速移出，激光器在Nd:YAG激勵介質中所存儲能量對應的增益作用下快速形成振蕩，并實現(xiàn)高峰值功率短脈沖輸出。在機械調制盤旋轉的過程中，非通光部位與通光部位交替遮擋和通過激光光軸，因此激光器被周期性的關斷和開啟；如果此時通過連續(xù)泵浦單元提供連續(xù)的激光能量，那么激光器將輸出高重復頻率、高能量的激光脈沖。