[發(fā)明專利]一種用于金屬激光毛化的全固態(tài)激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010540123.6
• 申請日: 2010-11-10
• 公開（公告）號: CN102035126A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿愛叢;楊明江;覃志康;任志遠(yuǎn);邵鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/23;H01S3/16
• 代理公司: 北京中創(chuàng)陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11003
• 代理人: 尹振啟;馬知非

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種二極管泵浦的全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，特別涉及一種適用于金屬表面毛化處理的高功率、高光束質(zhì)量全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。

背景技術(shù)

激光毛化是鋼鐵工業(yè)為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼板而發(fā)展起來的冷軋鋼輥毛化技術(shù)。中科院力學(xué)研究所自1990年起便開始研究激光毛化技術(shù)，例如：中國專利號：ZL92113223.9，名稱：“高重頻調(diào)制多脈沖YAG激光刻花系統(tǒng)及加工方法”；中國專利號：ZL94220848.X，名稱：“用于軋輥表面毛化的激光加工設(shè)備”。該設(shè)備采用高能量密度、高重復(fù)頻率的燈泵摻釹釔鋁石榴石晶體(Nd:YAG)激光器為毛化光源進(jìn)行螺旋掃描，當(dāng)激光束聚焦照射至軋輥表面，形成若干一定形貌的微小熔池；光脈沖作用停止后，微坑熔融物迅速冷卻，形成表面硬化的微坑和坑邊凸臺結(jié)構(gòu)。

但是目前為止，激光毛化裝置都是采用燈泵YAG激光器為光源，它的缺點(diǎn)是受氙燈壽命限制，設(shè)備在生產(chǎn)中的維護(hù)周期較短；另外，由于氙燈作為光源時激光晶體熱效應(yīng)明顯，因此，不但電光效率較低，重要的是激光束光束質(zhì)量受到極大限制。然而，當(dāng)前隨著國內(nèi)汽車、家電和機(jī)械制造業(yè)等的蓬勃發(fā)展，對高質(zhì)量鋼板的表面粗糙度均勻性和毛化密度要求越來越高，這就要求激光器輸出光束除了具有高功率外，還同時具有高的光束質(zhì)量。一些新產(chǎn)品要求激光毛化密度要達(dá)到≥70點(diǎn)/mm²，這是常規(guī)燈泵YAG激光器難以實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述在先技術(shù)中的困難，設(shè)計(jì)了一種全固態(tài)激光毛化激光器。一種激光毛化用全固態(tài)激光器，包括激光直流電源、Q開關(guān)驅(qū)動器、水冷機(jī)；還包括全固態(tài)毛化激光裝置，所述全固態(tài)毛化激光裝置包括，同光軸依次串聯(lián)在一起的全反射鏡，激光發(fā)生裝置，光電門和激光輸出鏡和激光功率檢測裝置。

進(jìn)一步，所述激光發(fā)生裝置包括，同光軸依次串聯(lián)的45°旋光器，聲光Q開關(guān)，二極管激光側(cè)面泵浦激光模塊。

進(jìn)一步，所述激光發(fā)生裝置包括，同光軸依次串聯(lián)的聲光Q開關(guān)，兩個二極管激光側(cè)面泵浦激光模塊，在所述兩個二極管激光側(cè)面泵浦激光模塊之間還同光軸串聯(lián)有90°旋光器。

進(jìn)一步，所述二極管激光側(cè)面泵浦激光模塊為全固態(tài)，采用離子摻雜濃度≤0.7％和直徑≤5mm的激光晶體，采用激光二極管三維或五維的對稱側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述二極管激光側(cè)面泵浦激光模塊中激光晶體的主平面到諧振腔鏡的距離，等于將激光二極管功率加至最高時激光晶體產(chǎn)生的熱透鏡焦距。

進(jìn)一步，所述光電門可隨時開啟或關(guān)斷激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)；擴(kuò)束鏡和激光功率監(jiān)測裝置依據(jù)毛化設(shè)備具體需要設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步，所述聲光Q開關(guān)對激光束進(jìn)行波形調(diào)制，通過控制波形形貌達(dá)到控制毛化點(diǎn)形貌的目的。

進(jìn)一步，所述兩個激光模塊完全相同，兩激光晶體的主平面間的距離，等于將激光二極管功率加至最高時激光晶體產(chǎn)生的熱透鏡焦距的二倍。

進(jìn)一步，所述二極管激光側(cè)面泵浦激光模塊采用激光二極管側(cè)面泵浦固體激光介質(zhì)，激光介質(zhì)可以是Nd:YAG晶體、Nd:GGG晶體、Nd:GdVO4晶體或Yb:YAG晶體。

本發(fā)明采用激光二極管(LD)為泵浦源的激光模塊串接結(jié)構(gòu)，采用小尺寸、低摻雜濃度的激光晶體，結(jié)合熱致雙折射補(bǔ)償和熱近非穩(wěn)腔技術(shù)，使得輸出光束同時獲得高功率與高光束質(zhì)量。采用該激光器作為毛化設(shè)備的光源，實(shí)現(xiàn)對毛化軋輥精密度的提高，有利于低粗糙度、高密度、高均勻度優(yōu)質(zhì)汽車、家電板的國產(chǎn)化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明激光器構(gòu)成方框圖；

圖2為本發(fā)明激光器的一種結(jié)構(gòu)光路示意圖；

圖3為本發(fā)明激光器的另一種結(jié)構(gòu)光路示意圖；

圖4為激光晶體處光斑半徑隨熱透鏡變化曲線；

圖5為本發(fā)明激光器示例獲得的激光輸出功率曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：