[發明專利]一種用于木材加工的紫外超快激光器

在審

• 申請號: 202011344705.7
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112421361A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 彭曉瑞;張玲;唐光鑫;張占寬;李博;李偉光;趙麗媛
• 申請（專利權）人: 中國林業科學研究院木材工業研究所;中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/109;H01S3/11
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

本發明公開了一種用于木材加工的紫外超快激光器，包括皮秒種子源、激光放大器和激光頻率變換模塊，皮秒種子源產生的激光經過激光放大器的放大和激光頻率變換模塊的頻率變換后得到和頻紫外皮秒激光；皮秒種子源產生的皮秒激光經過激光放大器的放大作用后得到高功率基頻光，基頻光經過反射輸入激光頻率變換模塊，通過非線性效應轉換為倍頻光，且激光頻率變換模塊通過調控基頻光和倍頻光的和頻參數以在和頻時獲得符合木材木質素對激光能量吸收波長范圍的和頻紫外皮秒激光；本發明獲得的皮秒紫外激光脈寬窄，加工時熱效應小，加工效果好，能提高木材加工的精度，且減少加工過程中對木材資料的浪費，增加木材加工產品的出材率。

技術領域

本發明涉及木材加工技術領域，具體涉及一種用于木材加工的紫外超快激光器。

背景技術

我國木材資源相對匱乏，特別是珍貴木材資源更是供不應求。面對日益增長的木材需求量，對于如何提高木材綜合利用率，增加產品附加值等研究，已經成為木材加工制造中的重要問題。

由于激光是無接觸加工，無加工工具磨損等缺陷；加工過程中激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小，因此其熱影響區小，材料熱變形小，后續加工量小；激光加工自動化程度高，生產效率高，加工質量穩定可靠。在木材加工中，采用先進的激光制造技術(包括激光切割、打孔、打標、雕刻等)能減少加工過程中對木材資料的浪費，提高木材加工產品的出材率，對緩解木材資源的過量消耗及木材加工行業的發展困境具有重要意義。

到目前為止，已經有一些關于激光加工木材的專利。申請號為201710340096.X的發明專利公開了一種木材表面激光雕刻浮雕的方法，其中采用的激光器是二氧化碳氣體激光器。申請號為201711174877.2的發明專利利用激光對木材表面的指定部分進行改性，同時改性效果可控，實現激光改性的可選擇性，滿足材料的不同功能需求。其中所用的也是二氧化碳激光器。在木材加工中，目前常用的激光器是二氧化碳激光器。

木材對激光的吸收能力越強，則激光加工木材時能量利用率越高，有研究表明，木材中纖維素對波長為8.30～10.00μm的激光吸收能力強，10.6μm的二氧化碳激光接近纖維素的吸收波長范圍，比較適合木材加工。但是目前二氧化碳激光在木材加工中的精度低，有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于木材加工的紫外超快激光器，木材木質素對355nm紫外激光能量有較強的吸收，適合木材加工，而且皮秒超快激光的脈寬窄，加工時熱效應小，加工效果好，加工精度高，能很好地解決現有技術中二氧化碳激光在木材加工中的精度低的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明具體提供下述技術方案：

一種用于木材加工的紫外超快激光器，包括皮秒種子源、激光放大器和激光頻率變換模塊，所述皮秒種子源產生的激光經過所述激光放大器的放大和所述激光頻率變換模塊的頻率變換調制后得到和頻紫外皮秒激光；

所述皮秒種子源產生的皮秒激光經過所述激光放大器的放大作用后得到高功率基頻光，所述高功率基頻光經過反射輸入所述激光頻率變換模塊并通過非線性效應轉換為倍頻光，且所述激光頻率變換模塊通過調控所述高功率基頻光和所述倍頻光的和頻參數以在和頻時獲得符合木材木質素對激光能量吸收波長范圍的和頻紫外皮秒激光。

作為本發明的一種優選方案，所述激光頻率變換模塊包括倍頻組件以及和頻組件，所述倍頻組件將所述高功率基頻光通過非線性效應進行頻率轉換得到倍頻光，所述和頻組件將所述高功率基頻光和所述倍頻光分成兩個光路傳輸，并且所述和頻組件通過調控所述高功率基頻光和所述倍頻光在傳輸過程中的時間參數、空間參數和偏振參數以在和頻時獲得所述和頻紫外皮秒激光。

作為本發明的一種優選方案，所述倍頻組件包括倍頻聚焦透鏡和倍頻晶體，所述倍頻聚焦透鏡的兩端面上鍍有對所述高功率基頻光高透的第一高透膜，且所述倍頻晶體的兩端面上鍍有對所述高功率基頻光和所述倍頻光雙高透的第二高透膜。