CN102801092A - 一种大功率激光发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率激光发生器，其包括聚光腔和均置于其内的激光棒和至少一个808nm的泵浦源，聚光腔内表面设置有反光瓦，内表面镀金的反光瓦的截面，即反光面，呈椭圆形；激光棒内的工作物质的中心位于呈椭圆形状的反射面长轴的第一焦点上，同时各泵浦源的中心分别位于呈椭圆形状的反射面长轴的区别于第一焦点的两个不同的焦点上；激光棒和各泵浦源的外侧分别设置有冷却装置。通过上述设置，使泵浦源发射的最高效率的光谱为808nm的光恰好照射在激光棒中的工作物质上，结合冷却装置，使激光发生器输出的激光的功率可达400W，且输出激光密度极高、仍为高斯分布。将本发明应用于激光切割机上，切割速度快，切割端面光滑，可对一定厚度的金属板材进行切割。

Description

一种大功率激光发生器

技术领域

本发明涉及激光发生器研发领域，尤其涉及一种大功率激光发生器，其可配置于激光切割机上，应用在金属材料的加工行业。

背景技术

目前国内的同类激光切割机上的激光发生器多数属于低功率等级，在小于120W的激光功率可以保证激光的模式在低阶，随着激光功率的上升，出现高阶模式，光电转换效率下降，不能完成5mm以上厚板切割，同时切割端面的光洁度下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大功率激光发生器，其可输出大于400W的激光功率，同时激光的输出模式仍为高斯光束，其应用于激光切割机上，可大大提高针对厚金属板材的切割速度和切割质量。

为实现上述目的，所述大功率激光发生器，包括聚光腔和置于聚光腔内的激光棒，在聚光腔的内表面设置有反光瓦，其特点是，

所述大功率激光发生器还包括设置于所述聚光腔内的至少一个808nm的泵浦源；

内表面镀金的所述反光瓦的截面呈椭圆形状，该截面称为反光瓦的反光面；所述激光棒内的工作物质的中心位于呈椭圆形状的反射面长轴的第一焦点上，同时各所述泵浦源的中心分别位于所述呈椭圆形状的反射面长轴的区别于所述第一焦点的焦点上，各泵浦源的中心所处的焦点彼此不同；并且，

所述激光棒和各所述泵浦源的外侧分别设置有冷却装置。

优选的是，所述泵浦源为脉冲氙灯。

优选的是，所述脉冲氙灯的总长度为311mm，灯体长度为221mm，弧长长度为125mm，灯外径为8mm，灯内径为7mm，灯极长度为25mm，灯极头长度为15mm，灯极头外径为5mm，软线长度为30mm，陶瓷套管的长度为20mm；并且，所述脉冲氙灯灯体内的充气压力为400torr~450torr。

优选的是，在所述激光棒和泵浦源的外侧均设置有冷却液循环管道，管道内冷却液的流速为7~8m/s，以使激光棒和泵浦源的温度维持在20～25℃之间。

优选的是，所述冷却液循环管道包括可过滤紫外线的水管，所述激光棒和泵浦源外侧均套设有所述水管，并且在所述水管与其内侧的激光棒或泵浦源之间灌有循环水，该循环水的流速为7~8m/s，以使激光棒和泵浦源的温度维持在20～25℃之间。

优选的是，所述水管为石英管。

优选的是，在所述聚光腔内设置有第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一、第二泵浦源分别位于所述呈椭圆形状的反射面长轴的第二焦点和第三焦点上，所述第二、第三焦点关于所述呈椭圆形状的反射面的短轴对称。

本发明的有益效果在于，所述大功率激光发生器中反光瓦和泵浦源结构形状的设计，以及反光瓦、激光棒、反光瓦之间位置的设计，使泵浦源发射的最高效率的光谱为808nm的光恰好照射在激光棒中的工作物质上，结合激光棒和泵浦源外侧设置的冷却装置，使激光发生器输出的激光的功率可达400W，且输出的激光密度极高，输出的激光模式仍为高斯分布。将该激光发生器应用于激光切割机上，可对有一定厚度的金属板材进行切割，具有切割速度快，切割端面光滑的效果，从而提高激光切割机的工作效率，降低使用成本，减少对进口设备的依赖。

附图说明

图1示出了本发明所述的大功率激光发生器的结构正视图。

图2示出了图1所示的大功率激光发生器的在视图。

图3示出了图1和图2所示的大功率激光发生器的聚光腔的剖面图。

图4示出了图1和图2中大功率激光发生器的脉冲氙灯的结构示意图。

图5示出了图4所示的脉冲氙灯的电气特性图。

图6示出了高电流密度和低电流密度对应的脉冲氙灯的发射光谱示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1至图4所示，所述大功率激光发生器，包括聚光腔、以及均设置于聚光腔内的激光棒100和至少一个泵浦源200，在聚光腔的内表面设置有反光瓦400。

具体地，所述反光瓦400的内表面镀金，以减少漫反射。另外，所述反光瓦400的截面呈椭圆形状，该截面称为反光瓦400的反光面；所述激光棒100内的工作物质的中心位于呈椭圆形状的反射面长轴的第一焦点1上，同时各所述泵浦源200的中心分别位于所述呈椭圆形状的反射面长轴的区别于所述第一焦点1的焦点上，各泵浦源200的中心所处的焦点彼此不同。如图1至3所示，在所述大功率激光发生器的聚光腔内设置有两个所述泵浦源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分别位于所述呈椭圆形状的反射面长轴的第二焦点2和第三焦点3上，所述第二焦点2和第三焦点3关于所述呈椭圆形状的反射面的短轴对称。

并且，在各所述泵浦源200的上下两侧设置防震用的垫片202，且各所述泵浦源200为808nm的脉冲氙灯，脉冲氙灯的规格参数满足：总长度L7为311mm，灯体长度L6为221mm，弧长长度L5为125mm，灯外径A3为8mm，灯内径为7mm，灯极206的长度L4为25mm，灯极头203的长度L1为15mm，灯极头203的外径A1为5mm，软线204的长度L2为30mm，陶瓷套管205的长度L3为20mm。将灯极头203电连接脉冲电极201，从而，当幅值为550V的脉冲电压加载到所述脉冲氙灯上，对脉冲氙灯灯体内充气压力达到400torr~450torr时，可满足激光波长的最佳效率点。

根据以上提供的脉冲氙灯的结构技术参数，与脉冲电源匹配后，得出图5所示的电气特性图。当脉冲电压达到550V的时候，根据电气特性图可知，对应的最大电流达到450A左右，满足图6的808nm波长最高效率点的电流密度。

图6为通过光谱仪检测，对应不同的电流密度，波长808nm辐射强度图。

进一步的，为解决激光棒100和泵浦源200的热效应问题，在所述激光棒100和各所述泵浦源200的外侧分别设置有冷却装置300。具体地：在所述激光棒100和泵浦源200的外侧均设置有冷却液循环管道。所述冷却液循环管道包括可过滤紫外线的水管，所述激光棒100和泵浦源200外侧均套设有所述水管，该水管优选为石英管；并且在所述水管与其内侧的激光棒100或泵浦源200之间灌有循环水302，在所述大功率激光发生器上设置有水管接头301，该循环水302的流速为7~8m/s，以使激光棒100和泵浦源200的温度维持在20～25℃之间。

综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种大功率激光发生器，包括聚光腔和置于聚光腔内的激光棒，在聚光腔的内表面设置有反光瓦，其特征在于：

所述大功率激光发生器还包括设置于所述聚光腔内的至少一个808nm的泵浦源；

内表面镀金的所述反光瓦的截面呈椭圆形状，该截面称为反光瓦的反光面；所述激光棒内的工作物质的中心位于呈椭圆形状的反射面长轴的第一焦点上，同时各所述泵浦源的中心分别位于所述呈椭圆形状的反射面长轴的区别于所述第一焦点的焦点上，各泵浦源的中心所处的焦点彼此不同；并且，

所述激光棒和各所述泵浦源的外侧分别设置有冷却装置。

2.根据权利要求1所述的大功率激光发生器，其特征在于：所述泵浦源为脉冲氙灯。

3.根据权利要求2所述的大功率激光发生器，其特征在于：所述脉冲氙灯的总长度为311mm，灯体长度为221mm，弧长长度为125mm，灯外径为8mm，灯内径为7mm，灯极长度为25mm，灯极头长度为15mm，灯极头外径为5mm，软线长度为30mm，陶瓷套管的长度为20mm；并且，所述脉冲氙灯灯体内的充气压力为400torr~450torr。

4.根据权利要求1所述的大功率激光发生器，其特征在于：在所述激光棒和泵浦源的外侧均设置有冷却液循环管道，管道内冷却液的流速为7~8m/s，以使激光棒和泵浦源的温度维持在20～25℃之间。

5.根据权利要求4所述的大功率激光发生器，其特征在于：所述冷却液循环管道包括可过滤紫外线的水管，所述激光棒和泵浦源外侧均套设有所述水管，并且在所述水管与其内侧的激光棒或泵浦源之间灌有循环水，该循环水的流速为7~8m/s，以使激光棒和泵浦源的温度维持在20～25℃之间。

6.根据权利要求5所述的大功率激光发生器，其特征在于：所述水管为石英管。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的大功率激光发生器，其特征在于：在所述聚光腔内设置有第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一、第二泵浦源分别位于所述呈椭圆形状的反射面长轴的第二焦点和第三焦点上，所述第二、第三焦点关于所述呈椭圆形状的反射面的短轴对称。

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