[發(fā)明專利]一種激光器高功率輸出的合束方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310493665.6
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103532004A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林臘華
• 申請（專利權(quán)）人: 林臘華
• 主分類號: H01S3/23
• 分類號: H01S3/23;H01S3/106;H01S3/13
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)全固態(tài)激光器功率擴(kuò)展的合束方法，屬于固體激光技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前用于工業(yè)加工的高功率全固態(tài)激光器一般由幾個激光單元模塊串聯(lián)構(gòu)成，通過諧振或者諧振放大的方式實現(xiàn)高功率輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)等優(yōu)點。激光模塊是構(gòu)成全固態(tài)激光器的主要部件，是由幾十個至上百個半導(dǎo)體激光器排成環(huán)狀從晶體棒的側(cè)面進(jìn)行泵浦，通過合理排列泵浦的半導(dǎo)體激光源，在晶體棒的橫截面上形成由內(nèi)到外呈拋物線狀的增益分布。作為泵源的半導(dǎo)體激光器隨使用時間延長存在波長紅移或者功率衰減的情況，幾十個半導(dǎo)體激光器一般不會隨時間同步變化，個別半導(dǎo)體激光器甚至?xí)霈F(xiàn)隨機(jī)失效，這種泵浦光源變化的隨機(jī)性會導(dǎo)致晶體棒泵浦均勻性發(fā)生變化，增益中心發(fā)生微小偏移。這種微小的偏移在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中會導(dǎo)致激光器的光軸發(fā)生微小角度的偏移，從而影響整個激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在工業(yè)應(yīng)用中，作為激光加工裝備光源的高功率全固態(tài)激光器中最重要的一項指標(biāo)即是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種全新的功率擴(kuò)展方法——錯位并聯(lián)合束，可以實現(xiàn)多個獨立全固態(tài)激光器輸出激光束的完全合束，使不同激光器發(fā)出的激光以相同的光軸、相同的束腰位置和大小、相同的發(fā)散角疊加輸出，且合束輸出的激光光束質(zhì)量不低于單個激光器輸出激光的光束質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下步驟實現(xiàn)的：一種激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于：可以將N個全固態(tài)激光器輸出光束的束腰和發(fā)散角重合疊加，形成一束與單個全固態(tài)激光器光束質(zhì)量近似的激光；

其中，?N為正整數(shù)。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器高功率輸出的合束方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）、設(shè)計等效諧振腔：設(shè)計第一個全固態(tài)激光器與平平諧振腔的等效結(jié)構(gòu)，由三個高反鏡Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、一個耦合輸出鏡、一個透鏡和一個激光頭構(gòu)成，耦合輸出鏡將激光沿與激光模塊中心軸線夾角為90°±5°的方向反射輸出，改變平平諧振腔輸出激光只能沿激光模塊軸線通過耦合腔鏡輸出的局限，實現(xiàn)N個全固態(tài)激光器同軸輸出激光，利用透鏡n5、n6進(jìn)行光束整形，使同軸傳輸?shù)腘束激光的束腰、束腰位置和發(fā)散角相重合，合并成一束與單個全固態(tài)激光器光束質(zhì)量近似的激光束；

2）、設(shè)計兩個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束：在全固態(tài)激光器Ⅰ1、Ⅱ2之間放置透鏡25、27，透鏡25、27是由一片或者多片透鏡構(gòu)成，有效焦距皆是f₂，f₂的焦距介于50~200mm，且表面鍍射對0°入射的激光反射率小于1%的增透膜；

3）、實現(xiàn)N個獨立全固態(tài)激光器的并聯(lián)合束：在全固態(tài)激光器n-1、n之間放置透鏡n5、n7，透鏡n5、n7是由1片或者多片透鏡構(gòu)成，有效焦距皆是f_n，f_n的焦距介于30~300mm，且二者置于全固態(tài)激光器n-1、n之間。

本發(fā)明，不僅可以將N個獨立的全固態(tài)激光器發(fā)出的激光以相同的發(fā)射光軸、相同的束腰位置和相同的發(fā)散角疊加輸出，實現(xiàn)功率N倍的放大，而且由于45°耦合輸出鏡對激光的反射和透射，將在N個全固態(tài)激光器之間建立能量耦合。此種情況的發(fā)生將在合束輸出的激光束中形成部分干涉效應(yīng)，使合束后的激光光束質(zhì)量等于或者優(yōu)于單個全固態(tài)激光器的光束質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的兩個獨立全固態(tài)激光器并聯(lián)合束的示意圖。

具體實施方式

本實施例參見圖1，一種激光器高功率輸出的合束方法，可以將N個全固態(tài)激光器輸出光束的束腰和發(fā)散角重合疊加，形成一束與單個全固態(tài)激光器光束質(zhì)量近似的激光；

其中，?N為正整數(shù)。

本發(fā)明的合束方法包括以下步驟：

1、設(shè)計等效諧振腔：設(shè)計第一個全固態(tài)激光器與平平諧振腔的等效結(jié)構(gòu)，由三個高反鏡Ⅰ11、Ⅱ12、Ⅲ13、一個耦合輸出鏡14、一個透鏡15和一個激光頭16構(gòu)成，耦合輸出鏡14將激光沿與激光模塊中心軸線夾角為90°±5°的方向反射輸出，改變平平諧振腔輸出激光只能沿激光模塊軸線通過耦合腔鏡輸出的局限，實現(xiàn)N個全固態(tài)激光器同軸輸出激光，利用透鏡n5、n6進(jìn)行光束整形，使同軸傳輸?shù)腘束激光的束腰、束腰位置和發(fā)散角相重合，合并成一束與單個全固態(tài)激光器光束質(zhì)量近似的激光束；