串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種串聯(lián)耦合Nd：YAG激光器，包括激光切割頭、擴(kuò)束鏡、半反輸出鏡、兩組激光產(chǎn)生組件、全反鏡以及激光器光具座，所述的兩組激光產(chǎn)生組件依次安裝在所述激光器光具座上，所述半反輸出鏡和所述全反鏡分別位于所述兩組激光產(chǎn)生組件的兩側(cè)，所述擴(kuò)束鏡和所述激光切割頭依次安裝在所述半反輸出鏡的輸出光路上，所述激光產(chǎn)生組件至少由兩只氙燈、一YAG晶體以及一聚光腔組成，所述YAG晶體設(shè)置在所述聚光腔內(nèi)并沿軸線方向布置，所述的兩只氙燈設(shè)置在所述聚光腔內(nèi)并分別位于所述YAG晶體的兩側(cè)。本實(shí)用新型提供的串聯(lián)耦合Nd：YAG激光器，能穩(wěn)定輸出大功率，具有更快的切割速度、更高的切割厚度、更好的切割能力，大大提高了切割效率。
【專利說明】 串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種固體激光器,尤其涉及一種大功率串聯(lián)耦合Nd: YAG激光器。【背景技術(shù)】
[0002]Nd =YAG激光器是以YAG晶體為基質(zhì)的一種固體激光器，YAG是釔鋁石榴石的簡稱，化學(xué)式為Y3Al5O12,在YAG晶體基質(zhì)中摻入激活離子Nd3+就成為Nd:YAG,目前，Nd =YAG激光器應(yīng)用于激光切割機(jī)上后，經(jīng)過聚焦的激光束能夠切割8_以下的碳鋼板、不銹鋼、鐵板、鋁板、銅板等材質(zhì)，但由于激光器輸出功率不夠大，局限于1000W以下，導(dǎo)致配備Nd =YAG激光器的激光切割機(jī)難以切割8_以上的金屬材料，切割材料時(shí)很難用較快的速度進(jìn)行切害I]，因此亟待研究一種能夠穩(wěn)定輸出大功率的Nd =YAG激光器，提高目前Nd =YAG激光器的切割能力和切割速度，使其能夠切割更厚的金屬材料。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是為了解決上述【背景技術(shù)】中所提到的問題，提供了一種串聯(lián)耦合Nd =YAG固體激光器，該固體激光器能穩(wěn)定輸出大功率，具有更快的切割速度、更高的切割厚度、更好的切割能力，大大提高了切割效率。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]一種串聯(lián)耦合Nd =YAG激光器，包括激光切割頭、擴(kuò)束鏡、半反輸出鏡、兩組激光產(chǎn)生組件、全反鏡以及激光器光具座，所述的兩組激光產(chǎn)生組件依次安裝在所述激光器光具座上，所述半反輸出鏡和所述全反鏡分別位于所述兩組激光產(chǎn)生組件的兩側(cè)，所述擴(kuò)束鏡和所述激光切割頭依次安裝在所述半反輸出鏡的輸出光路上，所述激光產(chǎn)生組件至少由兩只氙燈、一 YAG晶體以及一聚光腔組成，所述YAG晶體設(shè)置在所述聚光腔內(nèi)并沿軸線方向布置，所述的兩只氙燈設(shè)置在所述聚光腔內(nèi)并分別位于所述YAG晶體的兩側(cè)。
[0006]進(jìn)一步地，所述YAG晶體的長度為195mm。
[0007]進(jìn)一步地，所述聚光腔兩端設(shè)置有出光孔，所述出光孔與所述YAG晶體同軸。
[0008]進(jìn)一步地，所述兩組出光孔同軸布置。
[0009]進(jìn)一步地，所述激光器連接有激光電源和恒溫制冷系統(tǒng)。
[0010]進(jìn)一步地，所述氙燈均與所述激光電源連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述聚光腔下方設(shè)置有進(jìn)水口和出水口。
[0012]進(jìn)一步地，所述進(jìn)水口和出水口分別與所述恒溫制冷系統(tǒng)連接。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0014]1、本實(shí)用新型采用全固態(tài)光路元器件，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用雙根晶體、四氙燈、雙聚光腔的Nd =YAG固體激光器，其能夠穩(wěn)定輸出大功率，使配備該固體激光器的激光切割機(jī)具有更快的切割速度、更高的切割厚度、更好的切割端面以及更好的切割質(zhì)量。
[0015]2、本實(shí)用新型將YAG晶體的長度增加至195mm，更長的晶體，可以使位于YAG晶體兩側(cè)的兩只氙燈泵浦YAG晶體的面積變大，使更多的激光工作介質(zhì)進(jìn)入到激發(fā)的狀態(tài)，受激福射后的光經(jīng)峰值振蕩后由半反輸出鏡輸出激光器，輸出可以加工的激光。
[0016]3、本實(shí)用新型設(shè)置有恒溫制冷系統(tǒng)，兩個(gè)聚光腔的進(jìn)水口和出水口分別與恒溫制冷系統(tǒng)連接，形成兩條進(jìn)出水通道，通過改變恒溫制冷系統(tǒng)的制冷量和水流量大小，能夠完全帶走兩個(gè)聚光腔內(nèi)的所有熱量，解決了激光器在功率增大時(shí)的熱效應(yīng)現(xiàn)象，同時(shí)，保證了兩個(gè)聚光腔內(nèi)的溫度一致，消除兩個(gè)聚光腔的溫差，從而保證兩路激光的強(qiáng)度一致，兩路激光在由半反輸出鏡和全反鏡組成的光學(xué)諧振腔內(nèi)進(jìn)行耦合，功率進(jìn)行合并疊加。
[0017]4、本實(shí)用新型中聚光腔內(nèi)的YAG晶體和兩只氙燈通過冷卻水進(jìn)行耦合，并且高壓力和高流量的水會(huì)帶走未被激光工作介質(zhì)吸收的多余的氙燈光能產(chǎn)生的熱能，保障聚光腔內(nèi)能進(jìn)行穩(wěn)定泵浦，維持聚光腔內(nèi)處于較低恒溫環(huán)境，不因能量聚集無法釋放而導(dǎo)致器件損壞。
[0018]5、本實(shí)用新型中的激光電源采用四氙燈電源，以保證穩(wěn)定的輸入功率，從而保證穩(wěn)定的輸出功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實(shí)用新型串聯(lián)耦合Nd =YAG激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型中聚光腔的爆炸圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型中聚光腔的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0023]附圖標(biāo)記:1-擴(kuò)束鏡，2-擴(kuò)束鏡調(diào)整架，3-半反輸出鏡，4-半反輸出鏡調(diào)整架，5-聚光腔，6-全反鏡，7-全反鏡調(diào)整架，8-紅光指示器，9-紅光調(diào)整架，10-激光器外罩，11-激光器光具座，12-激光頭外罩，13-激光切割頭，14-聚光腔上座，15-氙燈固定座，16-氙燈，17-YAG晶體，18-出光孔，19-聚光腔下座，20-底板，21-氙燈電極，22-進(jìn)水口，23-出水口。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0025]結(jié)合圖1-3所示，一種串聯(lián)耦合Nd =YAG激光器，包括激光切割頭13、擴(kuò)束鏡1、半反輸出鏡3、兩組激光產(chǎn)生組件、全反鏡6以及激光器光具座11，兩組激光產(chǎn)生組件依次安裝在激光器光具座11上，半反輸出鏡3和全反鏡6分別位于兩組激光產(chǎn)生組件的兩側(cè)，擴(kuò)束鏡I和激光切割頭13依次安裝在半反輸出鏡3的輸出光路上，激光產(chǎn)生組件至少由兩只氙燈16、一 YAG晶體17以及一聚光腔5組成，YAG晶體17設(shè)置在聚光腔5內(nèi)并沿軸線方向布置，兩只氙燈16設(shè)置在聚光腔5內(nèi)并分別位于YAG晶體17的兩側(cè)。
[0026]本實(shí)用新型將YAG晶體17的長度增加至195mm，更長的晶體，可以使位于YAG晶體17兩側(cè)的兩只氙燈16泵浦YAG晶體的面積變大，使更多的激光工作介質(zhì)進(jìn)入到激發(fā)的狀態(tài)，受激福射后的光經(jīng)峰值振蕩后由半反輸出鏡3輸出激光器,穩(wěn)定輸出功率為1200W的激光能量，能對(duì)8mm以上的金屬材料進(jìn)行切割。以下描述整個(gè)激光產(chǎn)生過程:
[0027]首先，輸入380V供電電源到激光電源充電層，激光電源采用四氙燈電源，四只氙燈16均與激光電源連接，激光電源進(jìn)行充電，蓄積能量，然后通過四個(gè)放電層，對(duì)四只氙燈16進(jìn)行放電激發(fā)，氙燈16被激發(fā)后，被點(diǎn)亮釋放光能，四只氙燈16產(chǎn)生的光能在由兩個(gè)聚光腔5分別形成的密閉帶鍍金高反射的腔體空間內(nèi)對(duì)YAG晶體17進(jìn)行側(cè)面泵浦激勵(lì)，吸收氙燈16能量后，YAG晶體17內(nèi)的處于亞穩(wěn)態(tài)的工作介質(zhì)粒子由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，在高能級(jí)停留一個(gè)粒子生命周期后，由高能級(jí)返回到低能級(jí)，釋放出激光，聚光腔5兩端預(yù)留有出光孔18，該出光孔18與YAG晶體17同軸，對(duì)聚光腔5內(nèi)所產(chǎn)生的激光進(jìn)行選擇，僅輸出與YAG晶體17同軸同心的激光束。
[0028]兩組出光孔18同軸布置,兩個(gè)聚光腔5輸出的兩路同軸同心的激光束在由全反鏡6和半反輸出鏡3組成的光學(xué)諧振腔內(nèi)進(jìn)行耦合，功率進(jìn)行合并疊加，其在光學(xué)諧振腔內(nèi)進(jìn)行來回振蕩，能量不斷被激勵(lì)增大，當(dāng)能量增大至半反輸出鏡3的選擇限制時(shí)，便輸出成型波長為1064nm的YAG激光。
[0029]輸出的激光經(jīng)過一組前鏡片和后鏡片組成的擴(kuò)束鏡1，進(jìn)行先發(fā)散、后聚焦，使經(jīng)過擴(kuò)束鏡I后的激光束接近于平行光，減少了激光的發(fā)散角，從而改良了光的平行準(zhǔn)直度，使激光在傳輸較遠(yuǎn)距離時(shí)不發(fā)散，功率不衰減，能保證質(zhì)量地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，同時(shí)，擁有較小發(fā)散角的激光更利于傳輸，從而保證到達(dá)材料表面的激光束的能量不衰減，從而保障優(yōu)良的切割效果。
[0030]本實(shí)用新型中，激光器連接有恒溫制冷系統(tǒng)，兩個(gè)聚光腔5下方分別設(shè)置有進(jìn)水口 22和出水口 23，兩個(gè)聚光腔5的進(jìn)水口 22和出水口 23分別與恒溫制冷系統(tǒng)連接，形成兩個(gè)進(jìn)出水通道，冷卻水通過該進(jìn)出水通道對(duì)聚光腔5內(nèi)的兩只氙燈16和YAG晶體17進(jìn)行循環(huán)冷卻，冷卻水隨著吸收氙燈16泵浦后剩余能量轉(zhuǎn)化的熱量而升溫，該恒溫制冷系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有壓縮制冷和制熱系統(tǒng)，當(dāng)水溫低于25攝氏度時(shí)，進(jìn)行制熱升溫，當(dāng)水溫高于25攝氏度時(shí)，進(jìn)行制冷降溫，使水溫始終保持在YAG激光的最佳溫度25攝氏度。恒溫制冷系統(tǒng)所采用的冷卻水為蒸餾水或者純凈水，水內(nèi)無雜質(zhì)，以免水中的雜質(zhì)影響激光器元器件的工作。
[0031]紅光指示器8和紅光調(diào)整架9是針對(duì)激光器內(nèi)的全固態(tài)光學(xué)元器件進(jìn)行調(diào)節(jié)前所設(shè)定的基準(zhǔn)光，由于YAG激光的波長為1064nm,在光譜中為不可見光,在調(diào)整激光器內(nèi)各器件時(shí)，以紅光為基準(zhǔn)，保障了在調(diào)節(jié)時(shí)，有一個(gè)參照光點(diǎn)，對(duì)各個(gè)光學(xué)元器件的位置和角度進(jìn)行調(diào)整。
[0032]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，包括激光切割頭、擴(kuò)束鏡、半反輸出鏡、兩組激光產(chǎn)生組件、全反鏡以及激光器光具座，所述的兩組激光產(chǎn)生組件依次安裝在所述激光器光具座上，所述半反輸出鏡和所述全反鏡分別位于所述兩組激光產(chǎn)生組件的兩側(cè)，所述擴(kuò)束鏡和所述激光切割頭依次安裝在所述半反輸出鏡的輸出光路上，所述激光產(chǎn)生組件至少由兩只氙燈、一 YAG晶體以及一聚光腔組成，所述YAG晶體設(shè)置在所述聚光腔內(nèi)并沿軸線方向布置，所述的兩只氙燈設(shè)置在所述聚光腔內(nèi)并分別位于所述YAG晶體的兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，所述YAG晶體的長度為195mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，所述聚光腔兩端設(shè)置有出光孔，所述出光孔與所述YAG晶體同軸。
4.如權(quán)利要求3所述的一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，所述兩組出光孔同軸布置。
5.如權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，所述激光器連接有激光電源和恒溫制冷系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，所述氙燈均與所述激光電源連接。
7.如權(quán)利要求5所述的一種串聯(lián)耦合Nd:YAG激光器，其特征在于，所述聚光腔下方設(shè)置有進(jìn)水口和出水口。
8.如權(quán)利要求7所述的一種串聯(lián)耦合Nd= YAG激光器，其特征在于，所述進(jìn)水口和出水口分別與所述恒溫制冷系統(tǒng)連接。
【文檔編號(hào)】H01S3/042GK203491502SQ201320463647
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】尹鋒 申請人:武漢高能激光設(shè)備制造有限公司