一種大功率雷射發生器的製作方法
2023-06-10 21:19:21 1
專利名稱：一種大功率雷射發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射發生器研發領域，尤其涉及一種大功率雷射發生器，其可配置於雷射切割機上，應用在金屬材料的加工行業。
背景技術：
目前國內的同類雷射切割機上的雷射發生器多數屬於低功率等級，在小於120W的雷射功率可以保證雷射的模式在低階，隨著雷射功率的上升，出現高階模式，光電轉換效率下降，不能完成5mm以上厚板切割，同時切割端面的光潔度下降。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種大功率雷射發生器，其可輸出大於400W的雷射功率，同時雷射的輸出模式仍為高斯光束，其應用於雷射切割機上，可 大大提高針對厚金屬板材的切割速度和切割質量。為實現上述目的，所述大功率雷射發生器，包括聚光腔和置於聚光腔內的雷射棒，在聚光腔的內表面設置有反光瓦，其特點是，所述大功率雷射發生器還包括設置於所述聚光腔內的至少一個808nm的泵浦源；內表面鍍金的所述反光瓦的截面呈橢圓形狀，該截面稱為反光瓦的反光面；所述雷射棒內的工作物質的中心位於呈橢圓形狀的反射面長軸的第一焦點上，同時各所述泵浦源的中心分別位於所述呈橢圓形狀的反射面長軸的區別於所述第一焦點的焦點上，各泵浦源的中心所處的焦點彼此不同；並且，所述雷射棒和各所述泵浦源的外側分別設置有冷卻裝置。優選的是，所述泵浦源為脈衝氙燈。優選的是，所述脈衝氙燈的總長度為311mm，燈體長度為221mm，弧長長度為125mm,燈外徑為8mm,燈內徑為7mm,燈極長度為25mm,燈極頭長度為15mm,燈極頭外徑為5mm，軟線長度為30mm，陶瓷套管的長度為20mm ;並且，所述脈衝氙燈燈體內的充氣壓力為400torr^450torro優選的是，在所述雷射棒和泵浦源的外側均設置有冷卻液循環管道，管道內冷卻液的流速為7 8m/s，以使雷射棒和泵浦源的溫度維持在20 25°C之間。優選的是，所述冷卻液循環管道包括可過濾紫外線的水管，所述雷射棒和泵浦源外側均套設有所述水管，並且在所述水管與其內側的雷射棒或泵浦源之間灌有循環水，該循環水的流速為7 8m/s，以使雷射棒和泵浦源的溫度維持在20 25°C之間。優選的是，所述水管為石英管。優選的是，在所述聚光腔內設置有第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一、第二泵浦源分別位於所述呈橢圓形狀的反射面長軸的第二焦點和第三焦點上，所述第二、第三焦點關於所述呈橢圓形狀的反射面的短軸對稱。本發明的有益效果在於，所述大功率雷射發生器中反光瓦和泵浦源結構形狀的設計，以及反光瓦、雷射棒、反光瓦之間位置的設計，使泵浦源發射的最高效率的光譜為808nm的光恰好照射在雷射棒中的工作物質上，結合雷射棒和泵浦源外側設置的冷卻裝置，使雷射發生器輸出的雷射的功率可達400W，且輸出的雷射密度極高，輸出的雷射模式仍為高斯分布。將該雷射發生器應用於雷射切割機上，可對有一定厚度的金屬板材進行切割，具有切割速度快，切割端面光滑的效果，從而提高雷射切割機的工作效率，降低使用成本，減少對進口設備的依賴。
圖I示出了本發明所述的大功率雷射發生器的結構正視圖。圖2示出了圖I所示的大功率雷射發生器的在視圖。圖3示出了圖I和圖2所示的大功率雷射發生器的聚光腔的剖面圖。·圖4示出了圖I和圖2中大功率雷射發生器的脈衝氙燈的結構示意圖。圖5示出了圖4所示的脈衝氙燈的電氣特性圖。圖6示出了高電流密度和低電流密度對應的脈衝氙燈的發射光譜示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。如圖I至圖4所示，所述大功率雷射發生器，包括聚光腔、以及均設置於聚光腔內的雷射棒100和至少一個泵浦源200，在聚光腔的內表面設置有反光瓦400。具體地，所述反光瓦400的內表面鍍金，以減少漫反射。另外，所述反光瓦400的截面呈橢圓形狀，該截面稱為反光瓦400的反光面；所述雷射棒100內的工作物質的中心位於呈橢圓形狀的反射面長軸的第一焦點I上，同時各所述泵浦源200的中心分別位於所述呈橢圓形狀的反射面長軸的區別於所述第一焦點I的焦點上，各泵浦源200的中心所處的焦點彼此不同。如圖I至3所示，在所述大功率雷射發生器的聚光腔內設置有兩個所述泵浦源200 :第一泵浦源200和第二泵浦源200，所述第一泵浦源200和第二泵浦源200分別位於所述呈橢圓形狀的反射面長軸的第二焦點2和第三焦點3上，所述第二焦點2和第三焦點3關於所述呈橢圓形狀的反射面的短軸對稱。並且，在各所述泵浦源200的上下兩側設置防震用的墊片202，且各所述泵浦源200為808nm的脈衝氙燈，脈衝氙燈的規格參數滿足總長度L7為311mm，燈體長度L6為221mm,弧長長度L5為125mm,燈外徑A3為8mm,燈內徑為7mm,燈極206的長度L4為25mm,燈極頭203的長度LI為15mm，燈極頭203的外徑Al為5mm，軟線204的長度L2為30mm，陶瓷套管205的長度L3為20mm。將燈極頭203電連接脈衝電極201，從而，當幅值為550V的脈衝電壓加載到所述脈衝氙燈上，對脈衝氙燈燈體內充氣壓力達到400torr 450torr時，可滿足雷射波長的最佳效率點。根據以上提供的脈衝氙燈的結構技術參數，與脈衝電源匹配後，得出圖5所示的電氣特性圖。當脈衝電壓達到550V的時候，根據電氣特性圖可知，對應的最大電流達到450A左右，滿足圖6的808nm波長最高效率點的電流密度。圖6為通過光譜儀檢測，對應不同的電流密度，波長808nm輻射強度圖。進一步的，為解決雷射棒100和泵浦源200的熱效應問題，在所述雷射棒100和各所述泵浦源200的外側分別設置有冷卻裝置300。具體地在所述雷射棒100和泵浦源200的外側均設置有冷卻液循環管道。所述冷卻液循環管道包括可過濾紫外線的水管，所述雷射棒100和泵浦源200外側均套設有所述水管，該水管優選為石英管；並且在所述水管與其內側的雷射棒100或泵浦源200之間灌有循環水302，在所述大功率雷射發生器上設置有水管接頭301，該循環水302的流速為7、m/s，以使雷射棒100和泵浦源200的溫度維持在20 25°C之間。綜上所述僅為本發明較佳的實施例，並非用來限定本發明的實施範圍。即凡依本
發明申請專利範圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬於本發明的技術範疇。
權利要求
1.一種大功率雷射發生器，包括聚光腔和置於聚光腔內的雷射棒，在聚光腔的內表面設置有反光瓦，其特徵在於 所述大功率雷射發生器還包括設置於所述聚光腔內的至少一個808nm的泵浦源； 內表面鍍金的所述反光瓦的截面呈橢圓形狀，該截面稱為反光瓦的反光面；所述雷射棒內的工作物質的中心位於呈橢圓形狀的反射面長軸的第一焦點上，同時各所述泵浦源的中心分別位於所述呈橢圓形狀的反射面長軸的區別於所述第一焦點的焦點上，各泵浦源的中心所處的焦點彼此不同；並且， 所述雷射棒和各所述泵浦源的外側分別設置有冷卻裝置。
2.根據權利要求I所述的大功率雷射發生器，其特徵在於所述泵浦源為脈衝氙燈。
3.根據權利要求2所述的大功率雷射發生器，其特徵在於所述脈衝氙燈的總長度為311mm，燈體長度為221mm，弧長長度為125mm，燈外徑為8mm，燈內徑為7mm，燈極長度為25mm,燈極頭長度為15mm，燈極頭外徑為5mm，軟線長度為30mm，陶瓷套管的長度為20mm ;並且，所述脈衝氙燈燈體內的充氣壓力為400torr 450torr。
4.根據權利要求I所述的大功率雷射發生器，其特徵在於在所述雷射棒和泵浦源的外側均設置有冷卻液循環管道，管道內冷卻液的流速為7lm/s，以使雷射棒和泵浦源的溫度維持在20 25°C之間。
5.根據權利要求4所述的大功率雷射發生器，其特徵在於所述冷卻液循環管道包括可過濾紫外線的水管，所述雷射棒和泵浦源外側均套設有所述水管，並且在所述水管與其內側的雷射棒或泵浦源之間灌有循環水，該循環水的流速為7 8m/s，以使雷射棒和泵浦源的溫度維持在20 25°C之間。
6.根據權利要求5所述的大功率雷射發生器，其特徵在於所述水管為石英管。
7.根據權利要求I至6中任意一項所述的大功率雷射發生器，其特徵在於在所述聚光腔內設置有第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一、第二泵浦源分別位於所述呈橢圓形狀 的反射面長軸的第二焦點和第三焦點上，所述第二、第三焦點關於所述呈橢圓形狀的反射面的短軸對稱。
全文摘要
本發明公開了一種大功率雷射發生器，其包括聚光腔和均置於其內的雷射棒和至少一個808nm的泵浦源，聚光腔內表面設置有反光瓦，內表面鍍金的反光瓦的截面，即反光面，呈橢圓形；雷射棒內的工作物質的中心位於呈橢圓形狀的反射面長軸的第一焦點上，同時各泵浦源的中心分別位於呈橢圓形狀的反射面長軸的區別於第一焦點的兩個不同的焦點上；雷射棒和各泵浦源的外側分別設置有冷卻裝置。通過上述設置，使泵浦源發射的最高效率的光譜為808nm的光恰好照射在雷射棒中的工作物質上，結合冷卻裝置，使雷射發生器輸出的雷射的功率可達400W，且輸出雷射密度極高、仍為高斯分布。將本發明應用於雷射切割機上，切割速度快，切割端面光滑，可對一定厚度的金屬板材進行切割。
文檔編號H01S3/08GK102801092SQ201210309239
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者曾玉紅, 劉群, 陸相志, 李盛欣 申請人:深圳市星辰雷射技術有限公司