CN200959479Y - 一种用于激光加工机的端泵激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光技术领域。本实用新型公开了一种用于激光加工机的端泵激光器，包括输出镜、在输出镜前端的光学扩束镜、全反镜、位于输出镜和全反镜之间的激光晶体，其特征在于：还包括红光反射镜片、微型半导体激光器、激光调制Q开关、光学偶合镜、端面泵浦光源模块，其中，红光反射镜片在光学扩束镜与输出镜之间，微型半导体激光器在红光反射镜片的上方，激光调制Q开关在输出镜与激光晶体之间，光学偶合镜在全反镜后端，端面泵浦光源模块在光学偶合镜后端。本实用新型较之侧泵激光器而言，提高了激光光束的光学质量；很容易实现激光的基模输出；拓宽了激光加工的领域，特别适合精密器件的精细加工。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，特别涉及一种适合于精细的激光打标、切割、焊接的用于激光加工机的端泵激光器。
背景技术
参见图1：
图1是典型的侧泵激光器原理图。
主要部件如下：
二维扫描振镜1、扩束镜2、输出镜也叫半反镜3、聚光腔4、氪灯泵浦光源4-1、YAG晶体4-2、全反镜5。
侧泵激光器工作原理如下：
泵浦光源4-1对激光晶体4-2进行照射，YAG晶体4-2获得能量后，会产生1064nm波长的光子，由于YAG是单晶体，其纤维方向是沿晶体的纵向集束生长的，所以，产生1064nm波长的光子将会沿着晶体纵向运动，当运动光子遁出晶体端面，就会射向全反镜5，或者射向另外一端的输出镜3，输出镜3也叫半反镜，也就是说，它要反射一部分光子，同时还允许一部分光子透过去，透过半反镜3的光子就是用于做功的激光光子。
经过氪灯(光源波长：808nm)照射激光晶体4-2泵浦出来的1064nm波长的光子会在输出镜3与全反镜5之间来回折返，每进入一次YAG晶体，就会激发一个新的和运动光子一模一样的光子，相当是“复制”了一个新的1064nm波长的光子，新的光子也参与刚才的折返运动，也会“复制”另一个新的1064nm波长的光子，这样周而复始的运动，我们叫它光的震荡，新的光子是在一次光震荡中形成的，无数次的光震荡，将会产生无数的相同光子，由于输出镜3的特性，一部分光子将遁出输出镜3用于做功。
光子在输出镜3与全反镜5之间来回折返，叫光的振荡，这组能产生激光的光振荡器件也叫谐振腔。
用于做功的光子是否能协同一致，形成一个良好的能量场呢？
参见图5，从侧泵原理可知：
聚光腔4一般都做成椭圆腔，氪灯和晶体均安装在椭圆的焦点上，利用椭圆的特性：氪灯4-1光线在椭圆焦点出发经过椭圆腔的镀金内壁，都会反射到YAG晶体4-2上，由于制造的误差，氪灯4-1反射到YAG晶体4-2上，在晶体4-2横截面上的分布将是不均匀的，经过光学震荡后，遁出输出镜3做功的激光，其能量场状态是多样性的。
如果所有产生的光子在YAG晶体的横截面上均匀分布的话，其能量场强度如图4a，称之为基本模式，简称：基模，也叫TEM00模。
如果所有产生的光子在YAG晶体的横截面上呈环状分布的话，其能量场强度如图4b，称之为低阶模。
如果所有产生的光子在YAG晶体的横截面上呈非均匀分布的话，其能量场强度如图4c，称之为多模。
激光最好的状态就是如：图4a的状态，也就是基模状态。
侧泵由于是靠椭圆形的聚光腔4的内壁将泵浦光反射到激光晶体4-2上去的，由于椭圆腔加工的误差，安装位置的误差，则，由椭圆腔反射的泵浦光而激发的1064nm波长光子在YAG晶体横截面上的分布状态是难以掌控的，要靠光学调整机构进行人工的调整才能接近理想状态，但是很难达到理想状态。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有的侧泵激光器技术存在的问题，提供一种具有容易实现基模输出的用于激光加工机的端泵激光器。
为了达到上述目的，本实用新型有如下技术方案：
本实用新型的一种用于激光加工机的端泵激光器，包括输出镜、在输出镜前端的光学扩束镜、全反镜、位于输出镜和全反镜之间的激光晶体，其特征在于：还包括红光反射镜片、微型半导体激光器、激光调制Q开关、光学偶合镜、端面泵浦光源模块，其中，红光反射镜片在光学扩束镜与输出镜之间，微型半导体激光器在红光反射镜片的上方，激光调制Q开关在输出镜与激光晶体之间，光学偶合镜在全反镜后端，端面泵浦光源模块在光学偶合镜后端。
其中，所述红光反射镜片(11-2)上表面镀670nm波长的45°全反膜和1064nm波长的增透膜，下表面镀1064nm波长的增透膜。
其中，所述光学偶合镜(11-8)由两片镜组成。
其中，所述全反镜的后端面镀有端面泵浦光源的增透介质膜，前端面镀有输出激光的全反介质膜。
其中，所述激光晶体为掺钕矾酸钇Nd:YVO4或YAG晶体。
由于采取了以上技术方案，本实用新型的优点在于：
1较之侧泵激光器而言，提高了激光光束的光学质量；
2很容易实现激光的基模输出；
3拓宽了激光加工的领域，特别适合精细加工，如：商品条形码、二维码的打标、各种精密的显微图文标刻、人造心脏瓣膜骨架、血管瓣膜骨架等精密器件的切割和焊接。
附图说明
图1是侧面泵浦的激光器原理图；
图2是端面泵浦激光器的总装图；
图3是端面泵浦激光器的原理图；
图4a是激光基模能量场强度分布图；
图4b是激光低阶模能量场强度分布图；
图4c是激光多模能量场强度分布图；
图5是双灯的侧泵横断面图；
图6是光学偶合镜原理图。
图中：1、二维扫描振镜；2、扩束镜；3、输出镜；4、聚光腔；4-1、氪灯泵浦光源；4-2、YAG晶体；5、全反镜；11-1、光学扩束镜；11-2、红光反射镜片；11-3、微型半导体激光器；11-4、输出镜；11-5、激光调制Q开关；11-6、激光晶体；11-7、全反镜；11-8、光学偶合镜；11-9、端面泵浦光源模块。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的保护范围。
参见图3、图4：
本实用新型包含构件：光学扩束镜11-1、红光反射镜片11-2、微型半导体激光器11-3、输出镜11-4、激光调制Q开关11-5、激光晶体11-6(掺钕矾酸钇Nd:YVO4)、全反镜11-7、光学偶合镜11-8、端面泵浦光源模块11-9。
端面泵浦光源11-9产生808nm波长的泵浦光，经光学偶合镜11-8直接打到全反镜11-7的后端面，全反镜11-7的后端面镀膜为808nm增透介质膜，前端面镀1064nm全反介质膜，当808nm波长的泵浦光射入全反镜11-7后，穿透镜片射入掺钕矾酸钇激光晶体11-6中，激发产生1064nm波长光子，之后，激发的光子就开始在输出镜11-4和全反镜11-7之间进行无尽的光学震荡，并一部分遁出输出镜11-4对外做功。
由于端泵的泵浦光源模块11-9的光轴与激光晶体11-6是同轴的，是直接由光学偶合镜11-8同轴射入谐振腔(由输出镜到全反镜之间的震荡也称之为谐振腔)的，这种由晶体端面泵入的形式将大大提高激光的光束质量，因为：端泵激光器的工作原理是由泵浦光源模块11-9直接射入谐振腔的，又由于泵浦光源模块11-9在泵浦光出口时经过了一段光纤的过渡，已经将泵浦光的能量场强度分布到最佳状态了，所以，这样的泵浦光泵入谐振腔后，会按照泵浦光源的分布进行光子谐振，由此，经输出镜11-4遁出的做功激光，其光束横截面上的能量场强度分布将也会呈现出理想状态，这种端面泵浦的形式，很容易实现如图4a所示的基模输出，做到基模输出。
参见图1，微型半导体激光器(11-3)发出的红色激光是用做工作激光定位的，反射镜片(11-2)选用锗片(Ge)镜片，其镜片的上表面镀670nm波长的45°全反膜+1064nm波长的增透膜，下表面镀1064nm波长的增透膜，反射镜片(11-2)既可反射微型半导体激光器(11-3)的红光，又可以让1064nm波长的激光透过。
所述端面泵浦光源模块(11-9)，是选用的美国Coherent公司生产的型号为：FPA800-30w-808nm的模块，它的作用就是：产生所需要的808nm泵浦光。
参见图6：所述光学偶合镜(11-8)是将端面泵浦光源模块(11-9)的808nm泵浦光打入到谐振腔的一个光学部件，它由两片镜组成，由端面泵浦光源模块(11-9)发出来的泵浦光是发散的，这样的光是不能直接打入谐振腔来产生激光的，其能量是要大大受到影响的，在图6中：右边的发散光经过第一片镜后，就将发散光变成平行光，平行光射到第二片镜，由第二片镜出去后就会变成聚焦光，这个聚焦光就能全部的泵浦光打入谐振腔。
本实用新型能实现的技术指标包括：
输入电压：AC220V±22V；
供电频率：50Hz；
激光波长：1064nm；
最大输出功率：＞12W；
TEM00模功率：＞10W；
功率不稳定度：＜2％；
调制频率：200Hz～100kHz。
Claims (5)
1、一种用于激光加工机的端泵激光器，包括输出镜(11-4)、在输出镜前端的光学扩束镜(11-1)、全反镜(11-7)、位于输出镜和全反镜之间的激光晶体(11-6)，其特征在于：还包括红光反射镜片(11-2)、微型半导体激光器(11-3)、激光调制Q开关(11-5)、光学偶合镜(11-8)、端面泵浦光源模块(11-9)，其中，红光反射镜片(11-2)在光学扩束镜(11-1)与输出镜之间，微型半导体激光器(11-3)在红光反射镜片(11-2)的上方，激光调制Q开关(11-5)在输出镜与激光晶体之间，光学偶合镜(11-8)在全反镜后端，端面泵浦光源模块(11-9)在光学偶合镜(11-8)后端。
2、如权利要求1所述的一种用于激光加工机的端泵激光器，其特征在于：所述红光反射镜片(11-2)上表面镀670nm波长的45°全反膜和1064nm波长的增透膜，下表面镀1064nm波长的增透膜。
3、如权利要求1所述的一种用于激光加工机的端泵激光器，其特征在于：所述光学偶合镜(11-8)由两片镜组成。
4、如权利要求1所述的一种用于激光加工机的端泵激光器，其特征在于：所述全反镜(11-7)的后端面镀有端面泵浦光源的增透介质膜，前端面镀有输出激光的全反介质膜。
5、如权利要求1所述的一种用于激光加工机的端泵激光器，其特征在于：所述激光晶体(11-6)为掺钕矾酸钇Nd:YVO4或YAG晶体。
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Assignee: Suzhou Chutian Laser Co., Ltd. Assignor: Wuhan Chutian Laser (Group) Co., Ltd. Contract record no.: 2010320000190 Denomination of utility model: End-pump laser for laser processor Granted publication date: 20071010 License type: Exclusive License Record date: 20100309 |
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