CN102468601A - 一种对称平平腔Nd:YAG千瓦级1064nm激光器 - Google Patents

一种对称平平腔Nd:YAG千瓦级1064nm激光器 Download PDF

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黄见洪
郑晖
翁文
葛燕
戴殊韬
邓晶
李锦辉
史斐
刘华刚
阮开明
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Abstract

本发明提供了一种对称平平腔Nd:YAG千瓦级1064nm激光器，该激光器包括两个112个40W二极管激光器泵浦，腔长为600mm的平平腔结构，两根激光介质为Φ8×210mm的Nd:YAG晶体棒；其中一根Nd:YAG晶体棒两端面抛成曲率半径为较大凹面，另外一根Nd:YAG晶体棒两端面抛成曲率半径为较小凹面。

Description

一种对称平平腔Nd:YAG千瓦级1064nm激光器
 
技术领域
本发明涉及高功率固体激光器领域。
 
背景技术
    近年来，固体激光器特别是高功率固体激光器和二极管泵浦固体激光器及其应用研究得到迅速发展。至今，已实现激光振荡的固体激光工作物质有数百种之多，激光谱线数千条。在工业激光材料加工、激光焊接、激光医学、激光化学、科学研究与发展以及国防军事等方面获得广泛的应用。固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、器件结构紧凑、便于光纤耦合、比CO2气体激光器波长低，使用寿命长，单元技术成熟等优点。近年来随着大功率半导体激光器、高光学质量大尺寸的激光晶体材料的发展，高亮度高功率全固态激光器（Diode pumped Solid-State Laser,即DPL）研究取得了巨大进展。东芝公司制造工程中心采用六级圆棒Nd:YAG串接的方式，获得了棒状方式国际最高水平的12kW输出。目前，高功率DPL技术研究方面,我国仅仅具备了500W以下DPL产业化的技术基础，但在kW级以上高功率DPL及加工系统方面的研究与开发刚刚起步。目前，高功率DPL基频输出功率实验室水平已超过1KW，但激光亮度、光束质量控制技术还需大幅度提高。热透镜效应和介质的应力极限是限制激光高功率输出的主要因素，其产生机理是由于激光材料吸收了泵浦光的辐射而发热，而散热要求对激光材料的表面进行冷却，这两者使得激光材料内部产生不均匀的温度分布。由于温度和应力改变使折射率发生变化而产生热透镜和热致双折射，这时激光晶体等效于一个双聚焦凸透镜，导致激光输出光束质量下降。
 
发明内容
 
    本发明的目的是设计一种既能获得高功率又具有优良光束质量便于光纤耦合的固体激光器的谐振腔结构。
      本发明采用侧面泵浦的棒状激光器组成激光头，再通过激光头级联串接定标放大，实现功率扩展的总体技术路线。其特征在于提出了通过在串接的激光晶体棒端面抛不同曲率半径凹面的方法，减少棒表面的热畸变和应力的同时解决了端面的热控问题。这种办法既能获得高功率激光输出，又能补偿热透镜效应，获得高光束质量。它能应用于各种灯泵或半导体泵浦的1.064                                               
Figure 2011102413096100002DEST_PATH_IMAGE002
，1.319
Figure 857113DEST_PATH_IMAGE002
，1.38
Figure 711937DEST_PATH_IMAGE002
的激光器中。
本发明是通过下述技术方案加以实现的，该激光器包括两个112个40W二极管激光器泵浦，腔长为600mm的平平腔结构，两根激光介质为Φ8×210mm的Nd:YAG晶体棒；其中一根Nd:YAG晶体棒两端面抛成曲率半径为较大凹面，另外一根Nd:YAG晶体棒两端面抛成曲率半径为较小凹面。
采用芯径ф600μm，Na＝0.22的阶跃折射率光纤耦合激光输出。  
    本发明的优点在于既获得高功率激光输出，又保证了激光输出的光束质量。本发明全固态高功率激光器输出功率大于2kW，光束发散角小于30 mm·mrad，功率不稳定度小于±5%，可广泛用于机械制造业、汽车工业、航天航空业、船舶制造业、医疗器械、核反应堆壳体焊接制造、电子电器等行业。
   
附图说明：
附图1是两根抛不同端面的Nd:YAG棒串接的高功率激光器的结构示意图。
图中，1为平面反射镜；2为高功率半导体激光器泵浦组件；3 为Nd:YAG棒；4 为平面输出镜；5为输出光纤耦合系统
具体实施例：
下面结合实施例来具体说明。
 
     本发明由两个112个40W二极管激光泵浦模块组成，按照七边形等间距侧面泵浦Nd:YAG，总泵浦功率为8960W，两根激光介质的尺寸都为Φ8×210mm，侧面打毛，端面分别抛成曲率半径为0.5mm和0.25mm的凹面。激光谐振腔采用对称平平稳定腔，腔长为600mm。耦合输出光纤为芯径ф600μm，Na＝0.22的阶跃折射率光纤。在泵浦功率为8kW时，获得2.5kw的1064nm激光输出，经光纤耦合输出2.3kw，耦合效率为92%。如果两根Nd:YAG激光棒端面都抛成0.5mm凹面，在泵浦功率为8kw时，获得2.7kw的1064nm激光输出，经光纤耦合后输出1.7kw，耦合效率为63%。如果两根Nd:YAG激光棒端面都抛成0.25mm凹面，在泵浦功率为8kw时，获得2.2kw的1064nm激光输出，经光纤耦合后输出2kw，耦合效率为91%。由此可见，本发明设计的抛不同凹面的双激光棒串接结构既能获得高激光输出功率，又能得到较好的光束质量。

Claims (1)

1.一种对称平平腔Nd:YAG千瓦级1064nm激光器，该激光器包括两个112个40W二极管激光器泵浦，腔长为600mm的平平腔结构，两根激光介质为Φ8×210mm的Nd:YAG晶体棒；其中一根Nd:YAG晶体棒两端面抛成曲率半径为较大凹面，另外一根Nd:YAG晶体棒两端面抛成曲率半径为较小凹面。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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