CN109659807A - 千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器 - Google Patents

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吴先友
魏蒙恩
胡舒武
熊正东
崔庆哲
姜玲玲
江健涛
王礼
程庭清
江海河
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    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器。它的谐振腔反射镜间置有由掺钕钇铝石榴石晶体、陶瓷漫反射聚光腔和激励源构成的Nd：YAG泵浦组件；其中，谐振腔反射镜为表面镀1064nm全反膜的第一全反镜(M1)、第二全反镜(M2)、第三全反镜(M3)和45゜角全反镜(M4)，以及一面镀1064nm增透膜、另一面镀1064nm的50％透过膜的45゜角半反镜(M5)，Nd：YAG泵浦组件中的第一Nd：YAG泵浦组件(1)两端置有第一全反镜(M1)、45゜角全反镜(M4)、45゜角半反镜(M5)和第三全反镜(M3)，第二Nd：YAG泵浦组件(2)两端置有第二全反镜(M2)、45゜角半反镜(M5)、第三全反镜(M3)和45゜角全反镜(M4)。它输出高达1000W，极易于广泛地商业化应用于焊接和切割及国防等领域。

Description

千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器
技术领域
本发明涉及一种Nd:YAG激光器，尤其是一种千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器。
背景技术
随着激光在国民经济各领域和国防上应用的不断深入，人们对高输出能量激光器的关注度也越来越大。
固态脉冲激光器的体积虽然较大，但因其峰值功率高、成本低廉，在激光焊接和切割领域中有独特的优势。目前，市面上用于焊接切割的高功率脉冲Nd:YAG激光器的构成多如图1所示：谐振腔反射镜——全反镜和输出镜之间置有Nd：YAG泵浦组件；其中的Nd：YAG泵浦组件由棒长185mm、棒直径8mm的掺钕钇铝石榴石晶体，以及陶瓷漫反射聚光腔和激励源构成。这种激光器的输出功率虽达到了500W，能切割5mm厚的钢板，却也存在着输出功率难以进一步大幅度提升之不足，尤为不能成倍地提高激光的输出功率。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种在输出的光束质量不变的前提之下，输出功率翻倍的千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器由谐振腔反射镜及其之间的Nd：YAG泵浦组件组成，其中的Nd：YAG泵浦组件由棒长185mm、棒直径8mm的掺钕钇铝石榴石晶体，以及陶瓷漫反射聚光腔和激励源构成，特别是：
所述谐振腔反射镜为表面镀有1064nm全反膜的第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜和45゜角全反镜，以及一面镀有1064nm增透膜、另一面镀有1064nm的50％透过膜的45゜角半反镜；
所述Nd：YAG泵浦组件为泵浦参数相同的第一Nd：YAG泵浦组件和第二Nd：YAG泵浦组件；
所述第一Nd：YAG泵浦组件发射光路的一端置有第一全反镜，另一端置有45゜角全反镜、45゜角半反镜和第三全反镜；
所述第二Nd：YAG泵浦组件发射光路的一端置有第二全反镜，另一端置有45゜角半反镜、第三全反镜和45゜角全反镜。
作为千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器的进一步改进：
优选地，45゜角全反镜的表面镀有的1064nm全反膜为45°1064nm全反膜。
优选地，45゜角半反镜的一面镀有的1064nm增透膜为45°1064nm增透膜。
优选地，泵浦参数为掺钕钇铝石榴石晶体的长度和直径，聚光腔的材质和尺寸，以及激励源的种类和泵浦功率。
相对于现有技术的有益效果是：
采用这样的结构后，本发明基于激光具有的相位、光强、偏振及光谱等特性，在选用泵浦参数相同的两只Nd：YAG泵浦组件的基础上，利用构成谐振腔反射镜的光学元件的折射、反射及衍射效应，将多束单元激光不仅耦合成了一束更高功率的激光输出，也同时增加了激光的亮度，使激光器的总体性能获得了极大的提升。经实测验证，其完全达到了在输出的光束质量不变的前提之下，即光束的直径不变、发散角不变，而输出的激光能量为如图1所示现有技术的两倍——高达1000W，且激光的亮度也增加了两倍。从而使本发明极易于广泛地商业化应用于焊接和切割及国防等领域，且还可以向多路相干耦合光源拓展。
附图说明
图1是现有技术的一种基本结构示意图。
图2是本发明的一种基本结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
参见图2，千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器的构成如下：
本发明由谐振腔反射镜及其之间的Nd：YAG泵浦组件组成，其中的Nd：YAG泵浦组件由棒长185mm、棒直径8mm的掺钕钇铝石榴石晶体，以及陶瓷漫反射聚光腔和激励源构成；其中：
谐振腔反射镜为表面镀有1064nm全反膜的第一全反镜M1、第二全反镜M2、第三全反镜M3和45゜角全反镜M4，以及一面镀有1064nm增透膜、另一面镀有1064nm的50％透过膜的45゜角半反镜M5；其中的45゜角全反镜M4的表面镀有的1064nm全反膜为45°1064nm全反膜，45゜角半反镜M5的一面镀有的1064nm增透膜为45°1064nm增透膜。
Nd：YAG泵浦组件为泵浦参数相同的第一Nd：YAG泵浦组件1和第二Nd：YAG泵浦组件2；其中的泵浦参数为掺钕钇铝石榴石晶体的长度和直径，聚光腔的材质和尺寸，以及激励源的种类和泵浦功率。
第一Nd：YAG泵浦组件1发射光路的一端置有第一全反镜M1，另一端置有45゜角全反镜M4、45゜角半反镜M5和第三全反镜M3。
第二Nd：YAG泵浦组件2发射光路的一端置有第二全反镜M2，另一端置有45゜角半反镜M5、第三全反镜M3和45゜角全反镜M4。
本发明工作时，由第一全反镜M1、第一Nd：YAG泵浦组件1、45゜角全反镜M4、45゜角半反镜M5和第三全反镜M3构成的第一激光部件输出的激光到达45゜角半反镜M5后，其能量中的50％经45゜角半反镜M5反射输出、另50％透过45゜角半反镜M5至第三全反镜M3，并由第三全反镜M3反射回45゜角半反镜M5后，再由45゜角半反镜M5将其一分为二，即25％反馈给第二激光部件、另25％反馈给第一激光部件。
同样，由第二全反镜M2、第二Nd：YAG泵浦组件2、45゜角半反镜M5、第三全反镜M3和45゜角全反镜M4构成的第二激光部件，其输出激光能量中的50％透过45゜角半反镜M5输出、另50％被45゜角半反镜M5反射至第三全反镜M3，并由第三全反镜M3反射回45゜角半反镜M5后，再由45゜角半反镜M5将其一分为二，即25％反馈给第二激光部件、另25％反馈给第一激光部件。
由第一激光部件和第二激光部件组装成的本发明最终输出的激光能量由输出的两个50％，以及反馈后输出的四个25％耦合而成，即耦合成为200％——1000W的相干耦合激光3输出。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器，由谐振腔反射镜及其之间的Nd：YAG泵浦组件组成，其中的Nd：YAG泵浦组件由棒长185mm、棒直径8mm的掺钕钇铝石榴石晶体，以及陶瓷漫反射聚光腔和激励源构成，其特征在于：
所述谐振腔反射镜为表面镀有1064nm全反膜的第一全反镜(M1)、第二全反镜(M2)、第三全反镜(M3)和45゜角全反镜(M4)，以及一面镀有1064nm增透膜、另一面镀有1064nm的50％透过膜的45゜角半反镜(M5)；
所述Nd：YAG泵浦组件为泵浦参数相同的第一Nd：YAG泵浦组件(1)和第二Nd：YAG泵浦组件(2)；
所述第一Nd：YAG泵浦组件(1)发射光路的一端置有第一全反镜(M1)，另一端置有45゜角全反镜(M4)、45゜角半反镜(M5)和第三全反镜(M3)；
所述第二Nd：YAG泵浦组件(2)发射光路的一端置有第二全反镜(M2)，另一端置有45゜角半反镜(M5)、第三全反镜(M3)和45゜角全反镜(M4)。
2.根据权利要求1所述的千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器，其特征是45゜角全反镜(M4)的表面镀有的1064nm全反膜为45°1064nm全反膜。
3.根据权利要求1所述的千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器，其特征是45゜角半反镜(M5)的一面镀有的1064nm增透膜为45°1064nm增透膜。
4.根据权利要求1所述的千瓦级功率脉冲Nd:YAG激光器，其特征是泵浦参数为掺钕钇铝石榴石晶体的长度和直径，聚光腔的材质和尺寸，以及激励源的种类和泵浦功率。
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