一種光纖耦合輸出的固體激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種高可靠性、高耦合效率、長(zhǎng)距離傳輸、可實(shí)現(xiàn)“柔性加工”的光纖耦合輸出的固體激光器，包括沿激光輸出的方向依次設(shè)置的全反鏡、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元、輸出鏡、45度折反鏡、光纖耦合單元、能量光纖、光纖準(zhǔn)直鏡，所述全反鏡、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元和輸出鏡構(gòu)成激光諧振腔，泵浦單元之間的距離相等，全反鏡和輸出鏡與相鄰泵浦單元之間的距離為泵浦單元之間距離的一半，所述能量光纖的兩端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的D80接口分別與光纖耦合單元和光纖準(zhǔn)直鏡相連。本實(shí)用新型極大提高了固體激光器使用的靈活性，此激光器可以用于切割、焊接和表面處理等領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)柔性化激光加工，大大降低了激光加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和制造成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種光纖耦合輸出的固體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖耦合輸出的固體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]固體激光器通常是以窗口形式直接輸出，輸出之后一般是以一個(gè)或多個(gè)全反射鏡片進(jìn)行傳輸。在實(shí)際的應(yīng)用中，全反射鏡片由于不是100%的反射，會(huì)造成激光能量損失，同時(shí)在空氣中傳輸?shù)倪^(guò)程中也會(huì)造成激光能量損失。在某些采用飛行光路的應(yīng)用中，如激光切割加工，飛行光路的遠(yuǎn)端光斑直徑較大，會(huì)給后續(xù)的激光聚集帶來(lái)一些不便。直接激光輸出也限制了激光器使用的靈活性，不利于實(shí)現(xiàn)激光的“柔性加工”。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供一種高可靠性、高耦合效率、長(zhǎng)距離傳輸、可實(shí)現(xiàn)“柔性加工”的光纖耦合輸出的固體激光器，極大提高了固體激光器使用的靈活性，此激光器可以用于切割、焊接和表面處理等領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)柔性化激光加工，大大降低了激光加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和制造成本。
[0004]一種光纖耦合輸出的固體激光器，包括沿激光輸出的方向依次設(shè)置的全反鏡、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元、輸出鏡、45度折反鏡、光纖耦合單元、能量光纖、光纖準(zhǔn)直鏡，所述全反鏡、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元和輸出鏡構(gòu)成激光諧振腔，泵浦單元之間的距離相等，全反鏡和輸出鏡與相鄰泵浦單元之間的距離為泵浦單元之間距離的一半，所述能量光纖的兩端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的D80接口分別與光纖耦合單元和光纖準(zhǔn)直鏡相連。
[0005]如上所述的光纖耦合輸出的固體激光器，所述全反鏡和輸出鏡為平面鏡，所述全反鏡表面鍍有1064nm的全反射膜，所述輸出鏡表面鍍有透過(guò)率為60%的1064nm增透膜。
[0006]如上所述的光纖耦合輸出的固體激光器，所述光纖耦合單元以焦距為20_50mm的非球面鏡作為耦合鏡，非球面鏡表面鍍1064nm的增透膜，所述光纖耦合單元里面的耦合鏡可以沿Z方向作平移調(diào)整。
[0007]如上所述的光纖I禹合輸出的固體激光器，所述能量光纖輸入和輸出的端面均未鍍1064nm的增透膜，所述能量光纖通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的D80接口與光纖耦合單元相連后，可以在XY平面內(nèi)任意作二維調(diào)整。
[0008]如上所述的光纖耦合輸出的固體激光器，所述能量光纖的兩端設(shè)置有與光纖包層相連的能量抽運(yùn)單元，用于將進(jìn)入光纖包層的激光能量抽運(yùn)走。
[0009]如上所述的光纖耦合輸出的固體激光器，所述泵浦單元以脈沖氙燈作為泵浦光源，以Nd3+:YAG晶體作為激光增益介質(zhì)，任意兩個(gè)泵浦單元可以互換，互換后輸出的激光
保持一致。
[0010]本實(shí)用新型通過(guò)采用能量光纖取代空氣傳輸，可有效防止現(xiàn)有技術(shù)激光在空氣中傳輸造成的能量損失，而且使用能量光纖可保證傳輸光斑大小一致，方便后續(xù)的激光聚焦，而且可采用不同長(zhǎng)度的能量光纖，可實(shí)現(xiàn)加工的靈活性；多個(gè)串接的泵浦單元以及對(duì)稱(chēng)配置的激光器不僅增加了輸出功率，而且光纖耦合效率高，在較寬的泵浦功率范圍內(nèi)激光器都能在穩(wěn)區(qū)工作。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型光纖耦合輸出的固體激光器其中一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型中能量光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是本實(shí)用新型采用長(zhǎng)度5m的能量光纖時(shí)不同激光功率下的光纖耦合效率；
[0014]圖4是本實(shí)用新型采用長(zhǎng)度IOm的能量光纖時(shí)不同激光功率下的光纖耦合效率。
[0015]圖中:I一全反鏡，2—第一泵浦單元，3—第二泵浦單元，4一輸出鏡，5 — 45度折反鏡，6—光纖耦合單元，7—能量光纖，8—光纖準(zhǔn)直鏡，9一D80接口，10—能量抽運(yùn)單元。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0017]圖1是實(shí)用新型光纖耦合輸出的固體激光器其中一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，所述光纖耦合輸出的固體激光器包括沿激光輸出的方向依次設(shè)置的全反鏡1、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元(本實(shí)施例以?xún)蓚€(gè)泵浦單元，即第一泵浦單元2和第二泵浦單元3串接的情況為例進(jìn)行說(shuō)明)、輸出鏡4、45度折反鏡5、光纖f禹合單兀6、能量光纖7、光纖準(zhǔn)直鏡8,所述全反鏡1、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元和輸出鏡4構(gòu)成激光諧振腔。
[0018]所述光纖耦合單元6以短焦距的非球面鏡作為耦合鏡，以消除耦合時(shí)的像差，非球面鏡表面鍍1064nm的增透膜。耦合鏡可以沿Z方向作平移調(diào)整，以調(diào)節(jié)通過(guò)耦合鏡聚集后的光斑焦點(diǎn)與光纖端面的相對(duì)位置。
[0019]所述能量光纖7兩端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的D80接口 9分別與光纖耦合單元6和光纖準(zhǔn)直鏡8相連，D80接口 9可以在XY平面內(nèi)任意作二維調(diào)整，調(diào)整到位后通過(guò)光纖耦合單元6上的鎖緊裝置進(jìn)行固定。
[0020]所述能量光纖7輸入和輸出的端面均未鍍1064nm的增透膜，在光纖纖芯受到損傷的情況下，只需磨短光纖拋光后即可再次使用，維護(hù)方便快捷，成本低廉。
[0021]請(qǐng)參考圖2，所述能量光纖7的兩端設(shè)置有與光纖包層相連的能量抽運(yùn)單元10，可以將不慎進(jìn)入光纖包層的激光能量抽運(yùn)走。激光要在光纖纖芯內(nèi)傳輸才有意義，進(jìn)入包層的激光是被浪費(fèi)掉的，會(huì)造成光纖發(fā)熱，將不慎進(jìn)入光纖包層的激光能量抽運(yùn)走可以保護(hù)光纖不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間受熱而損壞。同時(shí)，監(jiān)測(cè)能量抽運(yùn)單元的溫度可以評(píng)估出光纖耦合效率的高低。
[0022]所述全反鏡I為平面鏡,表面鍍有1064nm的全反射膜。所述輸出鏡4為平面鏡，表面鍍有透過(guò)率為60%的1064nm增透膜。所述全反鏡I距第一泵浦單元2的距離和輸出鏡4距第二泵浦單元3的距離相等，且為第一泵浦單元2和第二泵浦單元之間距離3的一半。
[0023]所述兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元，即第一泵浦單元2和第二泵浦單元3，以脈沖氙燈作為泵浦光源，以Nd3+:YAG晶體作為激光增益介質(zhì)，Nd3+:YAG晶體規(guī)格可為Φ7*135πιπι，其中的脈沖氙燈和Nd3+:YAG晶體需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，以保證任意兩個(gè)泵浦單元能夠互換，互換后輸出的激光保持一致。采用這樣對(duì)稱(chēng)配置的激光器結(jié)構(gòu)，在較寬的泵浦功率范圍內(nèi)激光器都能在穩(wěn)區(qū)工作，激光輸出功率隨著泵浦功率的增加而穩(wěn)定增加。因此，經(jīng)過(guò)光纖耦合單元6之后的聚焦光斑進(jìn)入能量光纖端面處的位置更穩(wěn)定，在高功率的情況下不容易對(duì)能量光纖7造成損傷。
[0024]兩個(gè)以上的泵浦單元串接的情況與圖1的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，全反鏡I和輸出鏡4也是對(duì)稱(chēng)配置，泵浦單元之間的距離相等，全反鏡I和輸出鏡4與相鄰泵浦單元之間的距離為泵浦單元之間距離的一半。多個(gè)泵浦單元經(jīng)嚴(yán)格篩選后任意兩個(gè)能互換，互換后輸出的激光保
持一致。
[0025]圖3為不同激光輸出功率情況下的光纖耦合效率圖，所采用的能量光纖的長(zhǎng)度為5m。從圖中可以看出，對(duì)于600W以下的激光輸出，光纖耦合效率達(dá)到了 90%。特別要指出的是，此圖顯示的不同激光輸出功率情況下的光纖耦合效率，是在耦合鏡與光纖端面之間的相對(duì)距離和光纖端面在XY平面內(nèi)的位置均保持一致的情況下測(cè)得的，說(shuō)明了本實(shí)用新型的激光器光束質(zhì)量的穩(wěn)定性較高，非常適合用光纖耦合輸出。
[0026]圖4為能量光纖的長(zhǎng)度為IOm時(shí)不同激光輸出功率情況下的光纖f禹合效率圖。從圖中可以看出，對(duì)于600W以下的激光輸出，采用IOm的能量光纖，耦合效率仍然可以達(dá)到90%。同等的激光輸出功率下，采用IOm的能量光纖比采用5m的能量光纖耦合效率最大只相差1.5%。在實(shí)際的應(yīng)用中，采用稍長(zhǎng)的能量光纖主要是基于兩種考慮，一是大幅面長(zhǎng)行程的激光加工場(chǎng)合，二是需要激光器遠(yuǎn)離污染大、震動(dòng)大、環(huán)境溫度和濕度不適宜的工作場(chǎng)所。因此，本實(shí)用新型的激光器在這兩種考慮下均能很好的工作，應(yīng)用范圍更加廣范。
[0027]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖耦合輸出的固體激光器，其特征在于:包括沿激光輸出的方向依次設(shè)置的全反鏡(I)、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元、輸出鏡(4)、45度折反鏡(5)、光纖耦合單元(6)、能量光纖(7)、光纖準(zhǔn)直鏡(8)，所述全反鏡(I)、至少兩個(gè)串聯(lián)的泵浦單元和輸出鏡(4)構(gòu)成激光諧振腔，泵浦單元之間的距離相等，全反鏡(I)和輸出鏡(4)與相鄰泵浦單元之間的距離為泵浦單元之間距離的一半，所述能量光纖(7)的兩端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的D80接口(9)分別與光纖率禹合單兀(6)和光纖準(zhǔn)直鏡(8)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合輸出的固體激光器，其特征在于:所述全反鏡(I)和輸出鏡(4)為平面鏡，所述全反鏡(I)表面鍍有1064nm的全反射膜，所述輸出鏡表面鍍有透過(guò)率為60%的1064nm增透膜。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合輸出的固體激光器，其特征在于:所述光纖耦合單元(6)以焦距為20-50mm的非球面鏡作為耦合鏡，非球面鏡表面鍍1064nm的增透膜；所述光纖耦合單元(6)里面的耦合鏡可沿Z方向作平移調(diào)整。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖稱(chēng)合輸出的固體激光器，其特征在于:所述能量光纖(7)輸入和輸出的端面均未鍍1064nm的增透膜；所述能量光纖(7)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的D80接口(9)與光纖耦合單元(6)相連后，可在XY平面內(nèi)任意作二維調(diào)整。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖稱(chēng)合輸出的固體激光器，其特征在于:所述能量光纖(7)的兩端設(shè)置有與光纖包層相連的能量抽運(yùn)單元(10)，用于將進(jìn)入光纖包層的激光能量抽運(yùn)走。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖耦合輸出的固體激光器，其特征在于:所述泵浦單元以脈沖氙燈作為泵浦光源，以Nd3+:YAG晶體作為激光增益介質(zhì)，任意兩個(gè)泵浦單元可以互換，互換后輸出的激光保持一致。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK203631962SQ201320822820
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】傅杰, 徐章地 申請(qǐng)人:武漢華俄激光工程有限公司