[實(shí)用新型]高功率調(diào)Q脈沖激光器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020232143.2
• 申請(qǐng)日: 2010-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201699308U
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳培鋒;孫長(zhǎng)東;梁?jiǎn)檀?/a>;談賢杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州市博海激光科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/121
• 分類號(hào): H01S3/121
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于激光器領(lǐng)域，特別涉及一種高功率調(diào)Q脈沖激光器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，激光打孔技術(shù)在水松紙打孔、皮革打孔、膏藥打孔等領(lǐng)域都得到快速發(fā)展；同時(shí)隨著高端汽車、家電、電子和輕工業(yè)對(duì)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(kuò)大，激光毛化技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。提高激光打孔和激光毛化技術(shù)的加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵是研制出重復(fù)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(shù)條件下，一般采用調(diào)Q技術(shù)實(shí)現(xiàn)高重復(fù)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(diào)Q技術(shù)有轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和被動(dòng)式可飽和吸收體調(diào)Q。

轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q的基本原理是脈沖激光器諧振腔的全反鏡被一個(gè)由高速電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的全反鏡所替代構(gòu)成。全反鏡繞垂直于諧振腔軸線做周期性旋轉(zhuǎn)，因此構(gòu)成了一個(gè)Q值作周期性變化的諧振腔。這種Q開(kāi)關(guān)無(wú)插入損耗，而且不存在光損傷的問(wèn)題，因此可以獲得峰值功率高達(dá)幾十MW的短脈寬脈沖；但其主要缺點(diǎn)是在高轉(zhuǎn)速下的機(jī)械磨損會(huì)影響其使用壽命，且裝配工藝要求很高。因此，該調(diào)Q技術(shù)很難廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

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

聲光調(diào)Q的基本原理是在激光諧振腔軸線上放置一個(gè)聲光調(diào)制器件，并通過(guò)使用高頻振蕩信號(hào)作用于聲光調(diào)制器件而改變諧振腔的Q值。聲光調(diào)Q技術(shù)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(diào)制器的衍射效率是有限的，從而導(dǎo)致它對(duì)高能量激光器的開(kāi)關(guān)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(diào)Q脈沖激光器的單脈沖能量低，平均功率也低，從而使其應(yīng)用范圍受到很大限制。

被動(dòng)式可飽和吸收體調(diào)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(nèi)光強(qiáng)的變化而變化，從而被動(dòng)地改變腔內(nèi)Q值。這種開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)式調(diào)Q，因此產(chǎn)生調(diào)Q脈沖的時(shí)刻有一定的隨機(jī)性，不能人為控制。因此，這種調(diào)Q方式不能滿足激光打孔、激光毛化等對(duì)加工精度高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型目的是：針對(duì)背景技術(shù)中涉及的現(xiàn)有各類調(diào)Q脈沖激光器的不足而提供一種高功率調(diào)Q脈沖激光器，該激光器能夠提供穩(wěn)定性高、重復(fù)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(yīng)用于激光打孔時(shí)可以加工更深厚度的材料，應(yīng)用于激光毛化領(lǐng)域時(shí)可以生產(chǎn)更深的毛化點(diǎn)和表面粗糙度。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種高功率調(diào)Q脈沖激光器，包括由輸出透反鏡和全反鏡構(gòu)成的諧振腔及置于所述諧振腔內(nèi)的連續(xù)泵浦單元和Nd:YAG激勵(lì)介質(zhì)；其特征在于還包括一位于諧振腔內(nèi)并由高速電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)制盤(pán)，所述機(jī)械調(diào)制盤(pán)由遮光材料制成并且其上設(shè)有至少一個(gè)供激光光軸穿過(guò)的通光部位。

本實(shí)用新型中所述通光部位具體可以是開(kāi)設(shè)于機(jī)械調(diào)制盤(pán)外緣上的通光切口。當(dāng)通光切口的數(shù)量較多時(shí)，機(jī)械調(diào)制盤(pán)的外緣則呈鋸齒狀。

或者，本實(shí)用新型中所述通光部位也可以是通光孔。

或者，本實(shí)用新型中所述機(jī)械調(diào)制盤(pán)上的通光部位大于一個(gè)時(shí)，也可以部分為通光孔，而余下的則是開(kāi)設(shè)于機(jī)械調(diào)制盤(pán)外緣上的通光切口。

本實(shí)用新型主要采用一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)制盤(pán)以實(shí)現(xiàn)激光器的調(diào)Q。其主要的工作原理如下：機(jī)械調(diào)制盤(pán)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其上的非通光部位旋轉(zhuǎn)到激光光軸上時(shí)，相當(dāng)于在激光光軸上插入一個(gè)不通光的物體，從而導(dǎo)致激光器無(wú)法振蕩；如果此時(shí)通過(guò)連續(xù)泵浦單元提供能量，那么將在Nd:YAG激勵(lì)介質(zhì)中逐漸積累能量；隨著機(jī)械調(diào)制盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)通光部位旋轉(zhuǎn)到激光光軸上時(shí)，相當(dāng)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(lì)介質(zhì)中所存儲(chǔ)能量對(duì)應(yīng)的增益作用下快速形成振蕩，并實(shí)現(xiàn)高峰值功率短脈沖輸出。在機(jī)械調(diào)制盤(pán)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，非通光部位與通光部位交替遮擋和通過(guò)激光光軸，因此激光器被周期性的關(guān)斷和開(kāi)啟；如果此時(shí)通過(guò)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(fù)頻率、高能量的激光脈沖。