[發明專利]一種高穩光束質量無熱聚焦Nd：YAG激光器

有效

• 申請號: 201210184095.8
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102694339A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 付俊;田承新
• 申請（專利權）人: 武漢華俄激光工程有限公司
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/07
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

技術領域

本發明涉及激光切割技術領域，具體是一種高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器。

背景技術

Nd:YAG激光器在現在激光加工行業有著大量應用，其中500W功率級別的激光器近兩三年也有極大的使用群體。但在使用過程中，Nd:YAG激光器的熱聚焦現象和光束質量不穩定的問題使Nd:YAG激光器的推廣受到很大限制。

其中，Nd:YAG激光器的熱聚焦現象，主要原因為非球面元件的熱變形扭曲，使Nd:YAG柱型晶體端面變形扭曲為一個凸形聚焦鏡，由此產生凸透鏡效應，將平行的光束變為發散的光束，焦距隨溫度升高由大逐漸變小，使光路中的反射鏡、聚焦鏡在焦點上時損壞幾率很大，且激光諧振在非平面端面反射使光束質量大為下降；由于熱聚焦效應的存在，激光器諧振輸出的光束質量很不穩定，加工穩定性難以保證，例如熱聚焦效應造成Nd:YAG激光棒的熱彎曲變形會造成對激光器光束的擾動，特別是在高功率激光運行狀態時會產生光束漂移，嚴重影響激光切割的光點定位，影響激光聚焦和切割精度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器，無熱聚焦現象、光束質量穩定、使用方便穩定，可使加工質量有很好的保證，而且散熱充分、使用壽命長。

一種高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器，包括由全反鏡和半反鏡構成的光學諧振腔，光學諧振腔內設有至少兩個串聯連接的橢圓柱鍍金聚光腔，每一橢圓柱鍍金聚光腔內的兩個焦點分別設置氙燈和Nd:YAG晶體組件，所述Nd:YAG晶體組件包括五只同軸、且間隔設置的Nd:YAG柱型晶體，Nd:YAG柱型晶體之間通過晶體連接件連接成Nd:YAG晶體棒，Nd:YAG柱型晶體的直徑為6.3-9毫米，長16-24毫米。

如上所述的高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器，所述晶體連接件(采用銀鍍金材料制成。

如上所述的高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器，所述晶體連接件為中空的圓柱形腔體結構，圓柱形腔體內充滿氮氣形成充氮氣腔，充氮氣腔內氮氣在溫度為40-60℃時壓力為0.7-0.9MPA，充氮氣腔的兩端分別與Nd:YAG柱型晶體粘接固定。

如上所述的高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器，充氮氣腔的外壁徑向向外延伸設有多個散熱片。

本發明通過將現有的Nd:YAG晶體棒改進設計為五只小段的Nd:YAG柱型晶體通過晶體連接件串聯連接，通過限定Nd:YAG柱型晶體的尺寸，從而使得每只Nd:YAG柱型晶體端面熱畸變量不會破壞形成理想諧振條件，最終本發明的激光器具有高光束質量(m2＜1.1)、無熱聚焦，功率＞500W，光電轉換效率大于4.8％的特點。由于在從冷態到達到高溫平衡的整個工作過程中，每只YAG柱型晶體端面熱畸變量很小沒有破壞理想的諧振條件，光束質量穩定，可提高加工質量；光路中無聚焦，可延長反射鏡和聚焦鏡壽命；晶體材料的總體積減少，可節省晶體材料。

附圖說明

圖1是本發明高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器的結構示意圖；

圖2是本發明Nd:YAG激光器中Nd:YAG柱形晶體的連接示意圖；

圖3是本發明連接Nd:YAG柱形晶體的晶體連接件3的結構示意圖；

圖4(a)是Nd:YAG柱形晶體的結構端面變形圖；

圖4(b)是不同Nd:YAG柱形晶體的變形量與溫度的關系圖。

圖中：1-全反鏡，2-Nd:YAG柱型晶體，3-晶體連接件，4-充氮氣腔，5-半反鏡，6-橢圓柱鍍金聚光腔，7-氙燈，41-散熱片。

具體實施方式

下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述。

圖1所示為本發明高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器的結構示意圖，所述高穩光束質量無熱聚焦Nd:YAG激光器包括由全反鏡1和半反鏡5構成的光學諧振腔，光學諧振腔內設有至少兩個串聯連接的橢圓柱鍍金聚光腔6，每一橢圓柱鍍金聚光腔6內的兩個焦點分別設置氙燈7和Nd:YAG晶體組件。所述Nd:YAG晶體組件包括五只同軸、且間隔設置的Nd:YAG柱型晶體2，Nd:YAG柱型晶體2之間通過晶體連接件3連接成Nd:YAG晶體棒。