CN114204385A - 固体激光装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光装置。其中激光装置包括壳体、电极以及激光组件，激光组件设在蝶形密封壳体内，电极贯穿壳体，激光组件与电极电连接；其中，激光组件包括：泵浦源、快轴压缩光纤以及激光谐振腔；其中，泵浦源可发出泵浦光，泵浦光经由快轴压缩光纤发射至激光谐振腔，激光谐振腔接收泵浦光并发射脉冲激光至壳体外。通过上述方式，本申请将泵浦源、快轴压缩光纤及激光谐振腔集设在壳体内，并通过贯穿壳体的电极为壳体内的激光组件供电的技术方案，使激光装置具有结构紧凑的特点，同时通过激光谐振腔将泵浦光转换为高峰值功率的脉冲激光，以提供一种小体积的高峰值功率激光装置，进而扩大激光装置可进行金属材料加工的民用家用实施场景范围。

Description

固体激光装置

技术领域

本申请涉及光电技术领域，特别是涉及一种固体激光装置。

背景技术

近年来，激光因其拥有良好的方向性、相干性及高亮度等特点而被广泛应用于激光加工领域，激光加工领域的一个最早实现和最广泛的应用是激光打标，目前的激光打标技术已代替了传统的丝网印刷等标记印制技术，在工业加工领域获得了广泛的应用。目前工业应用的激光打标机主要采用传统的数十瓦的光纤激光器作为光源，使得激光打标机的成本较高，设备体积较大，因此适用的场景相当有限。相比之下，用连续输出半导体蓝激光器作为光源的激光打标机成本低、占用空间小，适合广泛使用。然而，连续输出的半导体蓝激光器的峰值功率较低，对打标材料的材质限定较大，只能用于木材等软性材料的激光打标。综上，目前急需一种适用场景广泛，可加工金属材料范围更大的可以供给民用和家用的激光加工装置。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种小体积的高峰值功率激光装置，以实现激光装置在民用和家用实施场景的材料加工。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种微型固体激光装置，包括壳体、电极以及激光组件，激光组件设在壳体内，电极贯穿壳体，激光组件与电极电连接；其中，激光组件包括：泵浦源、快轴压缩光纤以及激光谐振腔；其中，泵浦源可发出泵浦光，泵浦光经由快轴压缩光纤发射至激光谐振腔，激光谐振腔接收泵浦光并发射高峰值功率的脉冲激光至壳体外。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：本申请实施例将泵浦源、快轴压缩光纤以及激光谐振腔集设在蝶形密封壳体内，并通过贯穿壳体的电极为壳体内的激光组件供电的技术方案，使激光装置具有结构紧凑的特点，同时通过激光谐振腔将泵浦光转换为高峰值功率的脉冲激光，以提供一种微小体积的高峰值功率激光装置，进而扩大激光装置可进行材料加工的实施场景范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例中激光装置的结构示意图；

图2是本申请另一实施例中激光装置的结构示意图；

图3是本申请另一实施例中激光装置的结构示意图。

具体实施方式

目前工业应用的激光打标机主要采用传统的数十瓦的主动调Q脉冲光纤激光器，该激光器需要采用主动调Q技术和二级放大技术，还要对回返光进行隔离，因此脉冲光纤激光器的成本较高，设备体积较大，不能用于民用和家用的便携式激光打标机。近年发展的采用可饱和吸收体的被动调Q固体脉冲激光器，采用了多个半导体激光巴条的光纤耦合输出作为泵浦源，使得激光器包括激光驱动电源的尺寸较大，也不能用于民用的便携式激光打标机。发明人研究后发现，通过采用目前半导体激光模块通常使用的光纤输出蝶形封装结构和特殊的激光相关材料参数设计，可以提供一种能够用于民用和家用金属材料激光打标的结构紧凑和高峰值功率以及低成本和低功耗的蝶形封装固体脉冲激光模组。

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

关于本申请的激光装置10的描述请参照下述本申请激光装置10实施例的示例性描述。

请参阅图1，图1是本申请一实施例中激光装置的结构示意图。本申请实施例中的激光装置10可以包括壳体100、电极600以及激光组件，其中，电极600可以包括第一正电极601、第一负电极602，第一正电极601和第一负电极602均为第一电极，激光组件可以包括泵浦源200、光束耦合器300以及激光谐振腔400，其中，光束耦合器300可以是快轴压缩光纤，激光谐振腔400可以包括激光输入器401、激光增益介质402、可饱和吸收体403以及激光输出器404。在本实施例中，泵浦源200可以在电激励下产生泵浦光，泵浦光可以经由快轴压缩光纤压缩发散角后通过激光输入器401入射到激光增益介质402中，激光增益介质402在泵浦光激励下产生腔内振荡光，该腔内振荡光可以在激光输入器401与激光输出器404构成的激光谐振腔内传输振荡，可饱和吸收体403在可饱和吸收效应下产生高峰值功率的脉冲激光，该脉冲激光通过激光输出器404输出；其中，泵浦源200、光束耦合器300、激光输入器401、激光增益介质402、可饱和吸收体403和激光输出器404都洁净密封设置在壳体100内，壳体100侧壁上设置有多个电极600，其中，第一正电极601和第一负电极602贯穿于壳体100，第一正电极601和第一负电极602分别与泵浦源200电连接，用于为泵浦源200提供电激励输入。

在本实施例中，壳体100可以是金属材质，例如无氧铜或可伐合金等，激光组件可以洁净密封在壳体100内；泵浦源200可以通过铟焊接到壳体100内的底板上，泵浦源200可以是COS封装的单芯片半导体激光器，也可以是c-mount封装单芯片半导体激光器，其中，COS封装是指芯片通过焊料直接贴装于表面平整的热沉上，封装完成后排列于蓝膜，并贴离型纸保护的结构，c-mount半导体激光器的特点是在热沉上镀上薄膜金属焊料，直接焊接半导体芯片，然后金丝键合到负极引线，泵浦源200可以通过第一正电极601和第一负电极602与驱动电源连接，当泵浦源200被连续工作或脉冲调制工作电激励时，泵浦源200把电功率转换为泵浦光；光束耦合器300可以是芯径50微米到400微米的石英光纤，石英光纤表面可以制备泵浦光增透膜，光束耦合器300可以将泵浦光在快轴方向的光束压缩后，形成小于慢轴方向的发散角，并入射到激光谐振腔400内，泵浦光在激光谐振腔400内转变为脉冲激光输出。

激光谐振腔400可以包括激光输入器401、激光增益介质402、可饱和吸收体403以及激光输出器404，激光转化器可以是激光谐振腔，激光输入器401、激光增益介质402、可饱和吸收体403以及激光输出器404可以设在同一光轴上，其中，激光输入器401可以是透镜，激光输入器401靠近激光增益介质402的表面可以是平面、凸面或凹面，在激光输入器401靠近激光增益器402的表面，可以设有对泵浦光增透以及对腔内振荡光高反射的多层介质膜，在激光输入器401的远离激光增益器402的表面可以设置泵浦光增透模；激光增益介质402的材质可以是为Nd：YAG、Nd：YLF、Yb：YAG等晶体以及陶瓷Nd：YAG材料或其他具有高上能级寿命的材料，激光增益器402的泵浦光输入面可以制备泵浦光与腔内振荡激光的增透膜，也可以把激光输入镜去掉，该表面直接制备对泵浦光增透以及对腔内振荡光高反射的多层介质膜；激光增益介质402的输入光面可以是平面、凸面或凹面；可饱和吸收体403可以为Cr⁴⁺:YAG晶体或半导体可饱和吸收体或其他具有可饱和吸收功能的晶体；激光输出器404可以是透镜，激光输出器404靠近可饱和吸收体403的表面可以是平面、凸面或凹面，激光输出器404可以设有对腔内振荡光部分反射的介质膜，该介质膜可以设置在激光输出器404靠近可饱和吸收体403的表面。

泵浦源200发出的泵浦光通过光束耦合器300耦合到激光增益介质402内产生振荡光，振荡光在激光输入器401和激光输出器404之间传播，可饱和吸收体403可以在可饱和吸收效应下产生高峰值功率的脉冲激光，具体地，在泵浦的初始阶段，振荡光通过可饱和吸收体403时，可饱和吸收体403的基态电子吸收振荡光光子，跃迁到激发态，光子能量被储存到可饱和吸收体403的激发态。可饱和吸收体403的激发态吸收振荡光光子饱和后，可饱和吸收体403被漂白，其透过率增加，腔内损失减小，Q值突变增大，存储在激光谐振腔内的光子以调Q脉冲的形式通过激光输出器404输出，调Q脉冲输出后，可饱和吸收体403的基态能级继续吸收腔内振荡光光子，进行下一个脉冲的能量积累，脉冲激光通过激光输出器404输出。

在本申请其他实施例中，壳体100的材质也可以是不锈钢、铝合金等其他金属；泵浦源200可以通过铟或其他导热材料焊接到壳体100内，焊接位置可以是壳体100底壁，也可以是热沉或支架上；光束耦合器300可以是快轴压缩光纤，也可以是耦合透镜，当光束耦合器300是快轴压缩光纤时，光束耦合器300可以用于压缩泵浦光快轴方向的发散角，压缩的角度不局限于本实施例；激光输入器401和激光输出器404可以是透镜、制备在透镜或晶体上的多层介质膜或其他可以用于透射及反射激光的器件；激光增益介质402和可饱和吸收体403可以是分立器件，也可以是键合的晶体。

在本实施例中，泵浦源200的发光区高度可以为1微米，宽度可以为200微米，最高输出功率可以为10瓦，输出泵浦光波长可以为808nm，泵浦源200在电激励下连续工作；光束耦合器300可以为直径105微米的石英光纤，光束耦合器300表面可以制备1064nm增透膜，光束耦合器300可以把泵浦光快轴方向的发散角由30°-40°压缩到2°-3°，通常泵浦光慢轴方向的发散角为5°-10°，泵浦光通过快轴压缩光纤后远场光斑的长短轴比为2.5:1-4:1的近条形或近椭圆形光斑；激光输入器401可以设有多层介质膜，激光输入器401的多层介质膜可以直接制备在激光增益介质402的泵浦光输入面，膜系制备要求可以是808nmHT(T>95％)和1064nmHR(R>99.8％)；激光增益介质402可以采用Nd：YAG激光晶体，晶体长度可以为5mm，通光尺寸可以为1.5mm(宽)*(*为乘号)1.5mm(高)，钕粒子(Nd)的掺杂浓度可以为1.1％，作为激光增益介质402的Nd：YAG激光晶体的另一个表面可以制备1064nm增透膜；可饱和吸收体403可以采用双平面的Cr⁴⁺：YAG晶体，其通光尺寸可以为1.5mm(宽)*1.5mm(高)，厚度可以为2mm，小信号透过率参数可以为To＝60％，可饱和吸收体403的小信号透过率即是不影响透过率的通过可饱和吸收体低功率激光的透过率，Cr⁴⁺：YAG晶体的两个表面可以制备1064nm的增透膜；激光增益介质402和可饱和吸收体403可以通过导热胶固定到支座，支座可以为铜座，铜座可以通过铟箔固定到壳体100的底板上；激光输出器404可以为方形，通光尺寸可以为4mm(宽)*4mm(高)，厚度可以为3mm，激光输出器404的激光输入面可以为平面，可以制备1064nm的反射率为60％的部分反射膜，激光输出器404可以采用紫外胶粘接固定在壳体100内的底板上；壳体100采用无氧铜材料制备，内部尺寸可以为28mm(长)*15mm(宽)*10mm(高)。在本实施例中，808nm半导体激光器泵浦源200连续工作，在平均泵浦电流10A时，1064nm脉冲输出激光平均功率为2W，脉冲重复频率20kHz，脉冲能量为100μJ，脉冲宽度为5ns，脉冲峰值为20kW。在本申请其他实施例中，激光波长、泵浦电流、脉冲重复频率、脉冲能量、脉冲宽度以及激光功率不限于本实施例。

激光装置10可以为调Q运转全固态激光器，其总体积小于或等于28mm*15mm*10mm，这样，较现有技术中使用的激光器，本发明中激光打标机使用的调Q运转全固态激光器尺寸较小且重量较轻，极大地压缩整个激光打标机的体积，使集成于壳体100的一体化成为可能，同时通过设置小体积的光束耦合器300即快轴压缩光纤以压缩激光束、设置贯穿壳体100的电极600以提供电激励，进一步减小了激光装置10的体积，进而扩大激光装置10可进行材料加工的实施场景范围。而且，激光装置10便于批量生产，降低了对工装设备和装配人员的要求，从而进一步降低了生产和售后的人工成本。此外，其还具有峰值功率高、光束质量优异、操控方便、简易维护等优点，密封的壳体100还可以防止外界的粉尘和水气进入激光装置10内部，进而防止外界环境对激光装置10的不良影响，进而减小激光装置10的维护需求，延长激光装置10的寿命。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

请继续参阅图2，图2是本申请另一实施例中激光装置的结构示意图。在本实施例中，激光谐振腔400包括激光输入器401、键合晶体405以及激光输出器404，其中，键合晶体405由上述激光增益介质402和可饱和吸收体403键合而成。扩散键合，即先将两块晶体经过一系列表面处理后，紧密地贴在一起，在室温下形成光胶，然后再对晶体进行热处理，在无须其他粘结剂的情况下形成永久性键合，实验表明：不掺杂的晶体键合在同基质掺杂晶体的两端作为端帽时，端面温升很小，接近冷却剂的温度，减少了热透镜效应和分光镀膜的热诱导波长移动造成的端面扭曲，有利于激光器的稳定及高功率的激光运转。因此这种热键合技术在激光应用方面不仅可以大大改善激光热性能和光束质量，而且有利于激光系统的集成化和获得大尺寸晶体。在本实施例中，激光增益介质402可以为Nd：YAG晶体，可饱和吸收体403可以为Cr⁴⁺:YAG晶体，激光增益介质402与可饱和吸收体403可以通过高温离子交换键合为一块晶体，即键合晶体405。

在本实施例中，键合晶体405的总长度可以为6mm，通光孔径可以为1.5mm(宽)*1.5mm(高)，其Nd：YAG激光晶体部分的长度可以为5mm，钕离子掺杂浓度可以为1.1％，Cr⁴⁺：YAG晶体部分的长度可以为1mm，其小信号透过率可以为60％。激光输入器401可以设有对泵浦光高透射的增透膜以及对腔内振荡光高反射的反射膜，激光输出器404可以设有对腔内振荡光部分反射的介质膜，泵浦源200发出的泵浦光通过光束耦合器300耦合到键合晶体405内产生振荡光，振荡光在激光输入器401和激光输出器404之间传播，键合晶体405可以在可饱和吸收效应下产生高峰值功率的脉冲激光，具体请参阅上述说明，在此不作赘述。在本申请其他实施例中，与可饱和吸收体403键合为键合晶体405的激光增益介质402可以为Nd：YAG晶体，也可以为Yb：YAG晶体。

在本实施例中，激光装置10通过将激光增益介质402和可饱和吸收体403键合为一体的键合晶体405，激光装置10的结构进一步紧凑，体积进一步减小，进而进一步扩大激光装置10可进行材料加工的实施场景范围。

请继续参阅图3，图3是本申请另一实施例中激光装置的结构示意图。在本申请实施例中，激光输入器401和激光输出器404可以是设有介质膜的透镜，也可以是介质膜。本申请实施例中的介质膜通常是由电子束蒸发获得，制备在光学元件的表面而不能单独制备。在本实施例中，激光输入器401可以是对泵浦光高透射且对腔内振荡光高反射的介质膜，激光输出器404可以是对腔内振荡光部分反射的介质膜，激光输入器401可以设置在键合晶体405的入射光表面，激光输出器404可以设置在键合晶体405的出射光表面，由此，由激光输入器401、激光增益介质402、可饱和吸收体403以及激光输出器404组成的激光谐振腔400形成一体，也即是说，激光增益介质402可以设有第一表面和第二表面，可饱和吸收体403可以设有第三表面和第四表面，激光输入器401可以设在第一表面，激光输出器404可以设在第四表面，激光增益介质402与可饱和吸收体403可以键合为一体，具体地，激光增益介质402的第二表面可以与可饱和吸收体403的第三表面键合为一体。在本实施例中，激光输出器404的多层介质膜直接制备在键合晶体405的Cr⁴⁺：YAG晶体部分的激光输出面，该介质膜的反射率可以是1064nm的反射率R＝60％。在本实施例中，在808nm半导体激光器泵浦源200在脉冲调制的电激励下工作，其中脉冲调制频率可以为1kHz，占空比可以为90％，平均泵浦电流可以为4.5A，输出激光功率可以为1W，调制脉冲宽度可以为900μs，此时有17个调Q激光脉冲，脉冲能量可以为53μJ，脉冲宽度可以为2.8ns，脉冲峰值可以为19kW。在本申请其他实施例中，泵浦波长、泵浦电流、脉冲宽度、激光功率等参数不限于本实施例。

本实施例中的激光装置10的总体积小于或等于20mm(长)*12mm(宽)*10mm(高)，一体化的激光谐振腔400进一步压缩了激光装置10的体积，进而扩大激光装置10可进行材料加工的实施场景范围。而且，激光装置10便于批量生产，降低了对工装设备和装配人员的要求，从而进一步降低了生产和售后的人工成本。此外，其还具有峰值功率高、光束质量优异、操控方便、简易维护等优点，密封的壳体100可以防止外界的粉尘和水气进入激光装置10内部，进而防止外界环境对激光装置10的不良影响，进而减小激光装置10的维护需求，延长激光装置10的使用寿命。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设置固有的其他步骤或单元。

请参阅图1至图3，在本实施例中，激光装置10还包括第二正电极603、第二负电极604以及温度传感器700，第二正电极603与第二负电极604均为第二电极，第二正电极603与第二负电极604可以分别设置在壳体100的侧壁上并贯穿壳体100，温度传感器700设在壳体100内以检测壳体100内的温度。在激光装置10中，泵浦源200的激光波长会受温度影响，因此设置温度传感器700可以实时检测激光装置10内部的温度，第二正电极603与第二负电极604可以与温度传感器700电连接，以输出温度传感器700的温度参数。在本实施例中，温度传感器700可以是负温度反馈的热敏电阻，第二正电极603与第二负电极604可以用于输出热敏电阻参数，温度传感器700可以通过第二正电极603和第二负电极604与温控电源连接。在本申请其他实施例中，温度传感器700也可以是其他用于测量温度的器件。在本实施例中，温度传感器700可以设在壳体100内的底部，设置方式可以是在底部打孔安装，热敏电阻在25摄氏度时可以为10kΩ。在本申请其他实施例中，温度传感器700的设置方式不限于本实施例，当温度传感器700为热敏电阻时，温度传感器700的温度-电阻值不限于本实施例。

在本实施例中，激光装置10还可以包括致冷器，致冷器可以与温度传感器700耦接，以配合温度传感器700控制激光装置10的TEC温度，以将激光装置10内部温度调控至最适温度，进而获得优化的激光输出功率。在本实施例中，致冷器可以是半导体致冷器，致冷器与电源连接，激光装置10根据温度传感器检测到的温度控制致冷电流的大小进而控制致冷器的温度，例如，温度传感器检测到温度升高后，致冷电流增大，致冷器降低装置温度。在本申请实施例中，半导体致冷器既可致冷又可加热，可以通过热电原理即改变直流电流的极性来决定在同一致冷器上实现致冷或加热。需要注意的是，“耦接”一词在此包含任何直接和间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或通过其它元件或连接手段间接地电或信号连接至第二元件。

在本实施例中，壳体100设置有第一正电极601、第一负电极602、第二正电极603以及第二负电极604，四个电极600分别贯穿于壳体100的侧壁，以形成蝶状封装的壳体100。电极600与壳体100的连接处设有绝缘件，绝缘件分别套设于第一正电极601、第一负电极602、第二正电极603以及第二负电极604。绝缘件可以是绝缘材质，以防止电极600与壳体100间导电导致短路，此外，套设于绝缘件的绝缘件还可填充电极600与壳体100的连接处，以提高激光装置10的密封性。在本实施例中，绝缘件可以是设置在电极600表面的绝缘材料镀层。在本申请其他实施例中，绝缘件也可以是由绝缘材料制成的环套件或密封圈，绝缘件可以过盈地设置在电极600与壳体100的连接处；电极600的形状、数量以及位置不限于本实施例。

本实施例中的激光装置10可以通过贯穿壳体100侧壁的电极600实现壳体100内外的电连接，以减小激光装置10的体积和重量，进而方便激光装置10的携带和使用，扩大激光装置10的实施场景范围。需要说明的是，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实施例中，激光装置10还可以设置有导热件，导热件可以以支架、底座或导热片等形式固定在壳体100内壁，激光组件可以与导热件连接进而固定于壳体100内壁，导热件材质可以是铜，激光组件可以通过铟等导热金属焊接到导热件上，激光组件也可以通过导热胶粘接到导热件上。在本申请其他实施例中，导热件的形状、材质不限于本实施例，激光组件与导热件的连接方式不限于本实施例，只要能实现导热工作即可。激光装置10通过导热件将激光组件产生的热量迅速导出，以使壳体100内部温度扩散均匀，便于激光装置10控制内部温度，也可防止致冷器无法及时对激光组件进行散热。激光装置10通过导热件、致冷器、温度传感器700以及电极600将内部温度控制至最佳温度，以将激光装置10内部温度调控至最适温度，以获得最优化的激光转换效率。

在本申请实施例中，致冷器可以设在壳体100内，也可以设在壳体100外。在致冷器设在壳体100内的一些实施例中，激光装置10还设有贯穿壳体100的第三正电极以及第三负电极来实现致冷器与电源的电连接，在该实施例中，致冷器通过控制泵浦源200的温度和壳体100的温度差，配合温度传感器使泵浦源200处于最适温度，即泵浦源200的发射波长为最理想波长时泵浦源200的温度，此时泵浦源200和热敏电阻可以采用导热胶粘接在致冷器的上表面，致冷器的下表面可以与壳体100的底部粘接。在致冷器设在壳体100外的一些实施例中，壳体100不需要设置第三电极，致冷器需要与壳体100连接，致冷器可以包括致冷面和散热面，致冷面与壳体100连接，散热面与一散热器连接，以实现对激光装置10的温度控制，进而配合温度传感器使激光装置10处于最适温度，此时壳体100的外底面可以通过导热胶与致冷器的上表面粘接，致冷器的下表面也就可以通过导热胶粘接到一块具有散热功能的散热片上；致冷器的上下表面也可通过导热硅脂分别与壳体100的下底面和散热器的上表面散热，通过绝热的螺钉固定。

在本实施例中，激光装置10还包括出光器500，出光器500设置在壳体100的激光输出窗口处，通过激光输出器404输出的脉冲激光经由出光器500输出到壳体100外。在本实施例中，出光器500可以是用于扩束的扩束镜，扩束镜可以是双面内凹的双凹透镜，扩束镜可以在双面分别设有对输出激光波长高透过率的增透膜。在本申请其他实施例中，出光器500可以是其他透镜，例如用于过滤泵浦激光的透镜、用于准直激光的透镜、用于扩大激光发散角的透镜以及用于压缩激光发散角的透镜等，在此不作具体限定；出光器500也可以是透镜之外的可透光的器件，例如光纤等，在此不作具体限定。

在本实施例中，出光器500可以是用于输出激光的扩束的双凹扩束镜，双凹扩束镜的焦距为-2mm，双面制备输出激光波长1064nm增透膜，壳体100的激光输出窗口直径为3mm，出光器500密封该激光输出窗口。在本申请其他实施例中，出光器500为双凹扩束镜时，双凹扩束镜的焦距不限于本实施例，增透膜的设置不限于本实施例，壳体100的激光输出窗口直径不限于本实施例。

激光装置10还可以包括密封件，密封件可以套设于出光器500以密封壳体100，在本实施例中，密封件可以是密封胶，出光器500通过密封胶固定在壳体100的激光输出窗口。在本申请其他实施例中，密封件可以是密封胶、密封圈、密封套、焊接金属或其他可用于将出光器500封装在壳体100的激光输出窗口的器件，在此不作限定。

在本实施例中，激光装置10可以通过在蝶形封装的壳体100的激光输出窗口处采用密封胶水固定小负焦距的双凹镜，既可用于封装，同时又用于输出激光的扩束，此外，激光装置10外部还可以加入准直聚焦镜，由激光输出器404输出的脉冲激光通过双凹扩束镜扩束后输出，扩束激光束通过准直聚焦镜准直聚焦后，可获得高峰值功率密度的微小光斑。其中，准直聚焦镜可以是凸面正透镜，也可以是其他用于准直聚焦的透镜或透镜组。

本实施例中的激光装置10通过出光器500对输出激光扩束后，输出激光的光斑扩大，输出的光路上可放置凸面正透镜对光束准直聚焦，光斑越大，准直后光束的准直性越好，聚焦后光点越小，故可获得高峰值功率密度的微小光斑，以用于激光打标，尤其是用于金属等硬性材料的激光打标。

在本申请一实施例中，激光装置10可以通过小信号透过率低的可饱和吸收体403、对输出激光反射率低的激光输出器404以及长度小的激光谐振腔400(即激光谐振腔)来提高激光装置10输出激光的脉冲能量和峰值功率。其原理在于，可饱和吸收体403的小信号透过率减小会增大可饱和吸收体403对腔内振荡光的吸收率，进而增大激光谐振腔400输出激光的脉冲能量；激光输出器404对输出激光的反射率低，会增大激光谐振腔400的腔内损耗，不容易形成腔内振荡光，进而提高腔内激光输出阈值，进而激光谐振腔400需要吸收更多的能量才能输出激光，进而增大激光谐振腔400输出激光时的脉冲能量；由于输出激光的峰值功率与脉冲能量成正比，因此可以通过控制可饱和吸收体403的小信号透过率以及激光输出器404对输出激光的反射率来控制输出激光的峰值功率；此外，激光脉冲宽度随着激光谐振腔400的长度的增加而增加，输出激光峰值功率与脉冲宽度成反比，因此可以通过控制激光谐振腔400的长度来控制输出激光的峰值功率。

发明人经研究发现，当可饱和吸收体403的小信号透过率不超过60％，激光输出器404对输出激光的反射率不超过60％时，对输出激光的峰值功率有显著的提升效果；当激光谐振腔400的长度不超过15mm时，对输出激光的峰值功率有显著的提升效果，尤其在输出光斑和场镜下对金属材料的打标有显著的效果。其中，可饱和吸收体403的小信号透过率可以通过选择材料和调整厚度控制。

在本申请一实施例中，激光装置10可以是微型端泵固体脉冲激光器，激光装置10的泵浦源200可以采用c-mount封装、激光波长为808nm的单芯片半导体激光器，泵浦源200的发光区的尺寸在快轴方向可以为1微米高，慢轴方向可以为200微米宽，最大泵浦功率可以为5W；光束耦合器300可以采用快轴压缩光纤，光纤直径可以为125微米，表面可以制备808nm增透膜，通过快轴压缩光纤可以把泵浦源200快轴方向的发散角由35°压缩到2°到3°，泵浦源200的慢轴方向发散角可以为8°，泵浦源200发射的泵浦光通过光束耦合器300后远场光斑的长短轴比可以为2.5：1到4：1的近条形和近椭圆形光斑，作为激光增益介质402的Nd：YAG激光晶体与作为可饱和吸收体403的Cr⁴⁺：YAG晶体可以通过高温离子交换键合为一体的键合晶体405，键合晶体405的总长度可以为10mm，通光孔径可以为3mm(宽)*3mm(高)，其Nd：YAG激光晶体部分的长度可以为8.5mm，钕离子掺杂浓度可以为1.1％，Cr⁴⁺：YAG可饱和吸收晶体部分的长度可以为1.5mm左右，其小信号透过率可以为50％。激光输入器401的多层介质膜可以直接制备在激光增益介质402的泵浦光输入面，膜系制备要求可以是808nmHT和1064nmHR，激光输出器404的多层介质膜也可以直接制备在键合晶体405的Cr⁴⁺：YAG的激光输出面，其镀膜要求可以是1064nm的反射率R＝50％。由于激光装置10采用结构紧凑的键合晶体405结构，激光谐振腔400即激光谐振腔的几何长度可以为10mm，在808nm半导体激光器泵浦源200在连续电激励下工作，平均泵浦功率4W时，输出平均激光功率为1W，脉冲重复频率为20kHz，可获得脉冲能量为50微焦耳，脉冲宽度为3.5ns，可获得脉冲峰值功率为14.2kW，扩束准直后的激光直径可到6mm以上，通过焦距110mm的场镜聚焦后，激光峰值功率密度超过了金属材料打标的功率密度阈值。在另一个实施例中，激光谐振腔400的长度为6mm，此时激光装置10的脉冲宽度缩短到2.8ns，激光峰值功率提高到17.8kW。在本申请其他实施例中，激光装置10的各参数不限于本实施例。

在研究实验中，激光装置10的可饱和吸收体403的小信号透过率为65％，激光输出器404对输出激光的反射率为65％，4W功率连续泵浦，在1W的平均输出功率时，获得的脉冲重复频率为33kHz，可计算脉冲能量为30微焦耳，脉冲宽度为3.5ns，脉冲峰值功率为8.6kW，此时激光装置10打标的深度变浅，颜色变黄，不能满足金属材料的打标要求。

在本申请实施例中，通过小信号透过率不超过60％的可饱和吸收体403以及对输出激光的反射率不超过60％的激光输出器404，明显地提高输出激光的峰值功率；通过长度不超过15mm的激光谐振腔400，有效提升了输出激光的峰值功率，同时显著压缩了激光装置10的体积，进而提供了小体积的高峰值功率激光装置10，进而扩大激光装置10可进行材料加工的实施场景范围。

综上所述，本申请实施例将泵浦源200、光束耦合器300以及激光谐振腔400集设在壳体100体内，并通过贯穿壳体100的电极600为壳体100内的激光组件供电的技术方案，使激光装置10具有结构紧凑的特点，同时通过激光谐振腔400将泵浦光转换为高峰值功率的脉冲激光，以提供一种体积小且激光输出峰值功率高的激光装置10，进而扩大激光装置10可进行材料加工的实施场景范围，此外，密封的壳体100可以防止外界的粉尘和水气进入激光装置10内部，进而防止外界环境对激光装置10的不良影响，进而减小激光装置10的维护需求，延长激光装置10的使用寿命。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种固体激光装置，其特征在于，所述固体激光装置包括：壳体、第一电极以及激光组件，所述激光组件设在所述壳体内，所述第一电极贯穿所述壳体，所述激光组件与所述第一电极电连接；

其中，所述激光组件包括：泵浦源、快轴压缩光纤以及激光谐振腔；其中，所述泵浦源可发出泵浦光，所述泵浦光经由所述快轴压缩光纤发射至所述激光谐振腔，所述激光谐振腔接收所述泵浦光并发射脉冲激光至所述壳体外。

2.根据权利要求1所述的固体激光装置，其特征在于，所述激光谐振腔包括：激光输入器、激光增益介质、可饱和吸收体以及激光输出器，其中，所述激光增益介质设有第一表面和第二表面，所述可饱和吸收体设有第三表面和第四表面，所述激光输入器设在所述第一表面，所述激光输出器设在所述第四表面，所述第二表面和所述第三表面键合为一体以使所述激光增益介质与所述可饱和吸收体键合为一体。

3.根据权利要求2所述的固体激光装置，其特征在于，所述可饱和吸收体的小信号透过率不大于60％，所述激光输出器对所述脉冲激光的反射率不大于60％。

4.根据权利要求2所述的固体激光装置，其特征在于，所述激光谐振腔的长度不大于15毫米。

5.根据权利要求1所述的固体激光装置，其特征在于，所述固体激光装置包括出光器，所述出光器设在所述壳体上，所述激光组件输出的激光经由所述出光器射出壳体。

6.根据权利要求5所述的固体激光装置，其特征在于，所述出光器包括扩束镜，所述扩束镜用于扩大所述激光组件输出的激光的光斑。

7.根据权利要求5所述的固体激光装置，其特征在于，所述固体激光装置包括密封件，所述密封件套设于所述出光器。

8.根据权利要求1所述的固体激光装置，其特征在于，所述固体激光装置包括第二电极和温度传感器，所述温度传感器设在所述壳体内，所述第二电极贯穿所述壳体，所述温度传感器与所述第二电极电连接。

9.根据权利要求8所述的固体激光装置，其特征在于，所述固体激光装置包括绝缘件，所述绝缘件分别套设于所述第一电极和所述第二电极。

10.根据权利要求7所述的固体激光装置，其特征在于，所述固体激光装置包括致冷器，所述致冷器与所述温度传感器耦接，所述致冷器用于控制所述固体激光装置的温度。

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