一種側面泵浦大功率雷射器的製作方法

2023-05-08 01:59:21 1

專利名稱：一種側面泵浦大功率雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大功率雷射器，特別是涉及一種側面泵浦大功率雷射器，它適於雷射打標、雷射切割、雷射焊接、雷射清洗、雷射醫療和科研等領域的應用。
背景技術：
目前市場上大部分工業雷射器都是中小功率雷射器，它們通常由單個諧振腔組成，結構緊湊，光束質量較好，成本低廉，能夠滿足大部分普通工業產品的加工需求。主動調Q方式是獲得高峰值功率雷射輸出的有效手段，可提高雷射的加工效果。聲光調Q通過衍射方式調製諧振腔內的損耗，從而獲得脈衝輸出，其優勢是低電壓工作，重複頻率高，但調製能力不強；電光調Q通過偏振控制方式調製諧振腔內的損耗，從而獲得脈衝輸出，其優勢是調製能力強，但重複頻率不高。由於在多數工業生產中要求加工速度和效率，需要雷射器工作在較高的重複頻率條件下，同時要求較高的雷射輸出功率。聲光調Q方式雖然可以獲得較高的重複頻率，但由於調製能力不足，很難獲得較大功率的雷射輸出。中國專利號 C擬632895Y和CN101599614A在雷射諧振腔內同時設置兩個主動調Q開關，提高了雷射關斷能力，獲得了較大功率的雷射輸出，但主動調Q開關的調製能力仍然有限；熱效應是另一個制約雷射功率水平提升的因素，中國專利號CN101527423A和CN1877925A在雷射諧振腔的輸出端沿主光路設置若干個雷射泵浦模組，以MOPA主振蕩放大的方法提高雷射的輸出水平，但放大效率較低；採用多程放大的方式可以提高放大效率，但對種子光源的要求較高， 且系統設置較為複雜，成本較高。

發明內容
本發明的目的是為了解決上述現有技術中所存在的諸如較難獲得高重複頻率、高功率雷射輸出的問題而提供一種側面泵浦大功率雷射器。該雷射器結構靈活簡單，彌補了單個諧振腔雷射關斷能力不足的缺點，在一定程度上提高了雷射的輸出功率水平，以滿足更高要求的加工需求。本發明的目的是通過以下技術方案實現的利用主級諧振腔產生高重複頻率、高功率的雷射振蕩，同時利用雙調Q方式提高調製能力，然後在主級諧振腔的輸出端再增加一個次級諧振腔，次級諧振腔內放置泵浦模塊，從而使輸出雷射獲得較好的光束質量、較高的功率穩定性以及較大的輸出功率。一種側面泵浦大功率雷射器，包括全反鏡(1)、第一主動調Q開關O)、第一側面泵浦模塊(3)、第二主動調Q開關G)、第一輸出鏡(5)、第二側面泵浦模塊(6)、第二輸出鏡(7)，其特徵是，各部分元件沿著主光路(8)依次設置；由全反鏡(1)、第一側面泵浦模塊 (3)、第一主動調Q開關( 和第二主動調Q開關(4)、第一輸出鏡( 構成主級諧振腔；由第一輸出鏡( 、第二側面泵浦模塊(6)、第二輸出鏡(7)構成次級諧振腔；第一側面泵浦模塊(3)、第一主動調Q開關(2)和第二主動調Q開關(4)放置在主級諧振腔全反鏡(1)和第一輸出鏡( 之間的位置；第二側面泵浦模塊(6)放置在次級諧振腔第一輸出鏡( 和第二輸出鏡(7)的之間的位置。一種側面泵浦大功率雷射器，其特徵是，全反鏡(1)面向第一側面泵浦模塊(3)的一面鍍有針對基頻雷射(8)的高反射膜，第一和第二主動調Q開關(2、4)放置在主級諧振腔內，即放置在全反鏡(1)和第一輸出鏡(5)之間的位置，第一和第二主動調Q開關(2、4) 的兩個通光端面均鍍有針對基頻雷射(8)的增透膜，第一側面泵浦模塊(3)由第一雷射晶體(9)和第一光學泵浦光源(10)構成，第一雷射晶體(9)的兩個通光端面均鍍有針對基頻雷射(8)的增透膜，第一輸出鏡( 面向第一側面泵浦模塊(3)的一面鍍有針對基頻雷射 (8)的部分反射膜，另一面鍍有針對基頻雷射(8)的增透膜；第二側面泵浦模塊(6)由第二雷射晶體(9)和第二光學泵浦光源(10)構成，第二雷射晶體(9)的兩個通光端面均鍍有針對基頻雷射(8)的增透膜，第二輸出鏡(7)面向第二側面泵浦模塊(6)的一面鍍有針對基頻雷射(8)的部分反射膜，另一面鍍有針對基頻雷射(8)的增透膜；各器件之間的距離任意調整。本發明所述的第一側面泵浦模塊( 和第二側面泵浦模塊(6)均是半導體側面泵浦模塊或燈泵浦模塊，第一和第二光學泵浦光源(10)均為半導體雷射二極體光源或燈泵浦光源。本發明所述的第一側面泵浦模塊( 位於主級諧振腔的全反鏡(1)和第一輸出鏡 (5)之間的位置，第二側面泵浦模塊(6)位於次級諧振腔的第一輸出鏡( 和第二輸出鏡 (7)之間的位置。本發明所述的第一和第二主動調Q開關(2、4)均為聲光調Q或電光調Q開關；所述的第一和第二主動調解Q開關(2、4)分別放置再第一側面泵浦模塊(3)的兩側或同一側。本發明所述的雷射晶體(9)為Nd:YLF、NdiYVO4或Nd:YAG晶體，晶體(9)為棒狀或條狀。本發明所述的輸出鏡(7)可不放置在光路中，形成單次放大結構。本發明具有以下有益效果可降低熱效應對雷射輸出的限制、有效提高雷射輸出功率水平。結構簡單，靈活可調，製造便利，可以儘快形成工業化生產。本發明可以廣泛應用於工業加工、科研、醫療、軍事等領域。


圖1 側面泵浦大功率雷射器結構示意圖；圖2 側面泵浦模塊結構示意圖；圖2中，9為雷射晶體，晶體可為棒狀、條狀；10為泵浦光源，可為半導體泵浦光源或燈泵浦光源。
具體實施例方式本發明所涉及的一種側面泵浦大功率雷射器，其技術方案結合附圖1、2詳細敘述如下本發明所述的側面泵浦大功率雷射器，包括全反鏡1、第一和第二主動調Q開關2 和4、第一和第二側面泵浦模塊3和6，第一和第二輸出鏡5和7，各部分元件沿著主光路8 依次設置；全反鏡1和輸出鏡組成諧振腔；基頻雷射源由諧振腔、側面泵浦模塊(由Nd:YAG作為雷射晶體9，半導體雷射作為泵浦光源10組成)和主動調Q開關構成。雷射器的諧振腔為直線腔結構，沿基頻雷射8光路由全反鏡1、第一輸出鏡5、第一側面泵浦模塊3、第一和第二主動調Q開關(選取聲光調Q開關)2和4構成主級諧振腔；第一輸出鏡5、第二側面泵浦模塊6、第二輸出鏡7構成次級諧振腔；全反鏡1為平面反射鏡，它的內側(面向第一側面泵浦模塊3)鍍基頻雷射(以1064nm為例)高反膜，第一輸出鏡5為平面反射鏡，它的一面(面向第一側面泵浦模塊幻鍍基頻雷射部分反射膜，另一面同時鍍基頻雷射增透膜； 第二輸出鏡7與第一輸出鏡5鍍膜方式相同；其他放置在光路中的器件通光方向均鍍基頻雷射增透膜；採用泵浦光源10(以808nm半導體雷射源為例)作為泵浦源，Nd: YAG作為雷射晶體9，組成第一和第二側面泵浦模塊3和6 ；泵浦光源10發出的波長為808nm的半導體雷射注入到雷射晶體9內部並被雷射晶體9充分吸收；主級諧振腔的振蕩閾值由放置在腔內的第一和第二主動調Q開關2和4 (雙面鍍基頻光增透膜)調製，然後形成脈衝輸出的基頻雷射8 ；脈衝輸出的基頻雷射8經過第二側面泵浦模塊6進一步放大，放大後的基頻雷射 8部分通過第二輸出鏡7輸出，另一部分沿原光路返回。具體設計範例如下按照圖1沿光路8上放置雷射器各部分器件，包括全反鏡1、 聲光調Q開關2和4、輸出鏡5和7、側面泵浦模塊3和6、；全反鏡1與輸出鏡5和7均為平面反射鏡，輸出鏡5對基頻雷射的反射率為60%，輸出鏡7對基頻雷射的反射率為20%; 全反鏡1到輸出鏡5的距離為450mm，側面泵浦模塊3放置在主級諧振腔的中心，聲光調Q 開關2和4分別放置在第一側面泵浦模塊3的兩側；第一輸出鏡5到第二輸出鏡7的距離為450mm，第二側面泵浦模塊6放置在次級諧振腔的中心，泵浦光源10經耦合系統注入到雷射晶體9內，雷射晶體9直徑為5mm。當單個側面泵浦模塊的泵浦光功率為500W時，可獲得準連續脈衝基頻雷射輸出功率大於300W。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種側面泵浦大功率雷射器，包括全反鏡(1)、第一主動調Q開關(5)、第一側面泵浦模塊(3)、第二主動調Q開關(4)、第一輸出鏡( 、第二側面泵浦模塊(6)、第二輸出鏡(7)， 其特徵是，各部分元件沿著主光路(8)依次設置；由全反鏡(1)、第一側面泵浦模塊(3)、第一主動調Q開關(2)和第二主動調Q開關(4)、第一輸出鏡(5)構成主級諧振腔；由第一輸出鏡(5)、第二側面泵浦模塊(6)、第二輸出鏡(7)構成次級諧振腔；第一側面泵浦模塊 (3)、第一主動調Q開關(5)和第二主動調Q開關(4)放置在主級諧振腔全反鏡(1)和第一輸出鏡(5)之間的位置；第二側面泵浦模塊(6)放置在次級諧振腔輸第一出鏡(5)和第二輸出鏡(7)的之間的位置。
2.根據權利要求1所述的一種側面泵浦大功率雷射器，其特徵是，所述的第一側面泵浦模塊⑶和第二側面泵浦模塊(6)均為光學泵浦源(10)和雷射晶體(9)構成。
3.根據權利要求1或2所述的一種側面泵浦大功率雷射器，其特徵是，所述的第一側面泵浦模塊( 和第二側面泵浦模塊(6)均是半導體側面泵浦模塊或燈泵浦模塊。
4.根據權利要求1所述的一種側面泵浦大功率雷射器，其特徵是，第一主動調Q開關 (2)和第二主動調Q開關(4)分別放置在第一側面泵浦模塊(3)的兩側或同一側。
5.根據權利要求1或4所述的一種側面泵浦大功率雷射器，其特徵是，第一主動調Q開關(2)第二和主動調Q開關(4)均是聲光調Q開關或電光調Q開關。
全文摘要
本發明涉及一種側面泵浦大功率雷射器，包括側泵模塊、主級諧振腔、次級諧振腔、雷射晶體、主動調Q開關、輸出鏡，通過主動調Q方式產生大功率、高峰值功率準連續基頻雷射輸出。其特徵是，主級諧振腔包括沿主光路放置的全反鏡、兩個主動調Q開關、一個側泵模塊和一個輸出鏡；次級諧振腔包括一個同軸放置的側泵模塊和輸出鏡，次級諧振腔起到放大和反饋的作用。本發明具有以下有益效果可降低熱效應對雷射輸出的限制、有效提高雷射輸出功率水平，結構簡單製造方便。本發明可以廣泛應用於工業加工、科研、醫療、軍事等領域。
文檔編號H01S3/23GK102280812SQ20111018099
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者劉良清, 王 鋒 申請人:武漢凌雲光電科技有限責任公司