[發(fā)明專利]一種用于激光除銹的大脈沖能量全光纖納秒激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810936898.1
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN108923233B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡文俊;方宏;秦曦
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳番越光電有限公司
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067
• 代理公司: 11568 北京至臻永信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張磊;唐維寧<國際申請>=<國際公布>=

本發(fā)明提供了一種用于激光除銹的大脈沖能量全光纖納秒激光器，該激光器通過電脈沖調(diào)制種子源LD，經(jīng)兩級預(yù)放和一級功放，實(shí)現(xiàn)高達(dá)500W平均功率的輸出，單脈沖能量可達(dá)5mJ以上，峰值功率超過40kW。在激光除銹領(lǐng)域，相比于固體激光器，調(diào)Q光纖激光器或者準(zhǔn)連續(xù)激光器，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)靈活的脈寬和頻率的調(diào)諧，可適用于不同場合的除銹，有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖技術(shù)領(lǐng)域與激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是大脈沖能量和高峰值功率的納秒光纖激光器和放大器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高功率納秒脈沖光纖激光器樣機(jī)廣泛應(yīng)用與金屬打標(biāo)，雕刻，薄板切割和焊接，太陽能電池焊接，異性金屬焊接等多個(gè)工業(yè)細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域。目前全光纖納秒脈沖激光器的單脈沖能量一般在1mJ左右，峰值功率不超過20kW。對于目前激光除銹的應(yīng)用來說，其峰值功率和單脈沖能量都比同等平均功率的固體激光器少了將近一個(gè)數(shù)量級，因此實(shí)際應(yīng)用中，使用全光纖納秒激光器去進(jìn)行除銹的效果和效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工業(yè)加工的要求。使用調(diào)Q技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)4mJ左右的全光纖納秒脈沖激光器，但由于調(diào)Q技術(shù)方案本身的缺陷，脈沖寬度一般是固定在100～200ns之間，頻率也無法靈活的進(jìn)行設(shè)置，因此在實(shí)際除銹應(yīng)用中受到很大的限制，此外也有用準(zhǔn)連續(xù)的高功率激光器進(jìn)行除銹的，面臨的問題是峰值功率無法達(dá)到幾十乃至上百千瓦，同時(shí)激光器的成本因?yàn)槭褂锰厥庑酒脑颍彩鞘职嘿F，無法普及使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于激光除銹的大脈沖能量全光纖納秒激光器，其包括脈沖調(diào)制電路(1)、種子源LD(2)，外部同步觸發(fā)電路(3)，單極隔離器(4)，單模摻鐿增益光纖(5),(1+1)×1合束器(6)，泵浦LD(7)，隔離帶通濾波器(8)，單模雙包層摻鐿增益光纖(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔離帶通濾波器(11)，泵浦源LD(12)，模場匹配器(13)，高功率聲光調(diào)制器(AOM)(14)，脈沖波形補(bǔ)償整形電路(15)，模場匹配器(16)，高摻鐿大模場增益光纖(17)，(6+1)×1合束器(18)，高功率鎖波長泵浦LD(19)，高功率隔離輸出頭(20)。

其中，脈沖調(diào)制電路(1)和外部同步觸發(fā)電路(3)都是連接到種子源LD(2)，對其進(jìn)行脈沖電調(diào)制，種子源LD(2)依次連接單極隔離器(4)，單模摻鐿增益光纖(4)，(1+1)×1合束器(6)，隔離帶通濾波器(8)，單模雙包層摻鐿增益光纖(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔離帶通濾波器(11)，模場匹配器(13)，高功率聲光調(diào)制器(AOM)(14)，模場匹配器(16)，高摻鐿大模場增益光纖(17)，(6+1)×1合束器(18)和高功率隔離輸出頭(20)，最后放大后的激光信號從高功率隔離輸出頭(20)輸出；泵浦LD(7)與(1+1)×1合束器(6)連接；泵浦LD(12)與(2+1)×1合束器(10)連接，高功率鎖波長泵浦LD(19)與(6+1)×1合束器(18)連接。

所述的高功率聲光調(diào)制器(AOM)(14)的上升沿響應(yīng)時(shí)間范圍是50～200ns，能夠承受的平均功率不低于5W，峰值功率不低于10kW。

所述的(6+1)×1合束器(18)是反向合束器，單臂能承受功率不小于100W，泵浦效率大于97％，信號插損小于0.3dB，光束質(zhì)量能保持在1.3以下，反向可以承受的平均功率大于300W；信號纖的纖芯直徑在30um～100um之間，泵浦纖的包層直徑在105um～240um之間。

高摻鐿大模場增益光纖(17)是雙包層或者三包層結(jié)構(gòu)，泵浦吸收系數(shù)大于7dB/m，纖芯在30～100um之間，內(nèi)包層形狀選自六邊形，八角形或矩形結(jié)構(gòu)。

脈沖波形補(bǔ)償整形電路(15)可以進(jìn)行程序編程實(shí)現(xiàn)正弦型，三角型，拋物線型或者指數(shù)型的波形輸出，可以對波形進(jìn)行精確的調(diào)諧。

高功率隔離輸出頭(20)能夠承受五百瓦以上的平均功率，100kW以上的峰值功率和至多10mJ的單脈沖能量。