CN104009386A - 改善高功率固体激光器光束质量的装置 - Google Patents

Abstract

一种改善高功率固体激光器光束质量的装置，包括：一激光器，该激光器输出光谱具有一定的宽度，非单频激光器；多个反射镜，其位于激光器的光路上，分别接收激光器的光信号，多个反射镜分别与激光器的光路成一预定夹角；反射镜个数为N个，1≤N≤50；一转换透镜，其位于多个反射镜折射的光路上；所述转换透镜具有聚焦功能，为聚焦透镜或者聚焦凹面镜；一衍射光栅，其位于转换透镜透射或反射的光路上，该衍射光栅与转换透镜透射或反射的光路成一预定的夹角；一输出耦合镜，其位于衍射光栅衍射的光路上。本发明的特点是不需改变原激光器的结构，仅在外部增加一个外腔用来提高光束质量。

Description

改善高功率固体激光器光束质量的装置

技术领域

本发明涉及激光器及激光技术，具体涉及一种改善高功率固体激光器光束质量的装置。

技术背景

高功率激光器广泛运用在切割、焊接、钻孔、强化等工业制造领域上，比如汽车加工行业、航空精密制造行业和船舶型材加工行业。要实现高质量、宽范围的激光加工，激光器必须同时满足高功率和高光束质量。目前，世界各国均将研究开发新型高功率、高光束质量的大功率激光器作为一个重要研究方向，以满足要求更高激光功率密度的激光材料加工应用的需求。光束质量体现了激光束的可传输和聚焦能力，决定了激光加工的品质，但高功率激光器的光束质量往往不尽如人意。

发明内容

本发明的目的是提供基于光束组合的提高激光器光束质量的装置，本发明的特点是不需改变原激光器的结构，仅在外部增加一个外腔用来提高光束质量。

本发明提供一种改善高功率固体激光器光束质量的装置，包括：

一激光器，该激光器输出光谱具有一定的宽度，非单频激光器；

多个反射镜，其位于激光器的光路上，分别接收激光器的光信号，多个反射镜分别与激光器的光路成一预定夹角；反射镜个数为N个，1≤N≤50；

一转换透镜，其位于多个反射镜折射的光路上；所述转换透镜具有聚焦功能，为聚焦透镜或者聚焦凹面镜；

一衍射光栅，其位于转换透镜透射或反射的光路上，该衍射光栅与转换透镜透射或反射的光路成一预定的夹角；

一输出耦合镜，其位于衍射光栅衍射的光路上。

本发明的有益效果是，其是不需改变原激光器的结构，仅在外部增加一个外腔用来提高光束质量。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明如后，其中：

图1是本发明中一种改善高功率固体激光器光束质量的装置的示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种改善高功率固体激光器光束质量的装置，包括：

一激光器1，所述激光器1为固体激光器；激光器输出光谱具有一定的宽度，非单频激光器。

多个反射镜2，其位于激光器1的光路上，分别接收激光器1的光信号，该多个反射镜2分别与激光器1的光路成一预定夹角，所述多个反射镜2与激光器1光路的夹角为10-80度；反射镜个数为N个，1≤N≤50。

一转换透镜3，其位于多个反射镜2折射的光路上，所述转换透镜3具有聚焦功能，为聚焦透镜或者聚焦凹面镜；每束子光束的波长由反射镜的位置和光栅方程严格确定。

转换透镜3具有汇聚光线的作用，将不同位置的子光束变成不同倾角的子光束入射到光栅上。转换透镜包括透射式和反射式。

每束子光束的波长由反射镜的位置和光栅方程严格确定。

一衍射光栅4，其位于转换透镜3透射的光路上，该衍射光栅4与转换透镜3透射(或反射)的光路成一预定的夹角，所述衍射光栅4为体光栅或闪耀光栅，所述衍射光栅4的一级衍射效率为10％99.99％，所述衍射光栅4与转换透镜3透射(或反射)的光路的夹角为090度；

衍射光栅4将不同波长、不同入射角的子光束利用其第一级衍射以相同的出射角衍射，以使输出耦合镜输出的合成光束在近场和远场均保持重叠。衍射光栅控制着从耦合镜上反射回来的光能准确地注入到各自的反射镜，每个反射镜锁定唯一的波长。

衍射光栅包括体光栅、闪耀光栅。衍射光栅的一级衍射效率为10％-99.99％。

一输出耦合镜5，其位于衍射光栅4反射的光路上，所述输出耦合镜5的反射率为0.01％-99.99％。

输出耦合镜5作用是形成外谐振腔，该耦合镜反射一部分功率至光栅上，经光栅的二次反射后回到激光器前每个反射镜。确保了返回到每个反射镜均为正确的波长，以完成波长光束组合。

激光器发出一束激光，包含多个波长。激光束被N个反射镜分为N份，通过转换透镜聚焦到衍射光栅上，衍射光栅将N份激光以近似平行的光束沿一级衍射的方向发射出来，入射到输出耦合镜上。该输出耦合镜反射一部分功率至光栅上，经光栅的二次反射后回到子光束各自的反射镜，再到激光器自身的输出镜，构成一个完整的谐振腔。每个子光束的谐振腔将会锁定一个波长。最后输出较高光束质量的激光。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种改善高功率固体激光器光束质量的装置，包括：

一激光器，该激光器输出光谱具有一定的宽度，非单频激光器；

多个反射镜，其位于激光器的光路上，分别接收激光器的光信号，多个反射镜分别与激光器的光路成一预定夹角；反射镜个数为N个，1≤N≤50；

一转换透镜，其位于多个反射镜折射的光路上；所述转换透镜具有聚焦功能，为聚焦透镜或者聚焦凹面镜；

一衍射光栅，其位于转换透镜透射或反射的光路上，该衍射光栅与转换透镜透射或反射的光路成一预定的夹角；

一输出耦合镜，其位于衍射光栅衍射的光路上。

2.根据权利要求1所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中激光器为固体激光器。

3.根据权利要求1所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中多个滤滤波器与激光器光路的夹角为10-80度。

4.根据权利要求1所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中所述换透镜为透射式和反射式透镜。

5.根据权利要求1所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中衍射光栅为体光栅或闪耀光栅。

6.根据权利要求5所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中衍射光栅的一级衍射效率为10％-99.99％。

7.根据权利要求1所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中衍射光栅与转换透镜透射的光路的夹角为0-90度。

8.根据权利要求1所述的改善高功率固体激光器光束质量的装置，其中输出耦合镜的反射率为0.01％-99.99％。