光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器制造方法及圖紙

一種光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器。其中光束質(zhì)量控制裝置包括一支架和固定于該支架上的面板，面板上有一小孔，光束通過小孔進(jìn)行選模以實現(xiàn)光束質(zhì)量的控制，面板背面具有一環(huán)形水槽，且面板側(cè)面具有一進(jìn)水口和一出水口，進(jìn)水口和出水口與環(huán)形水槽相通。由此提出的激光器諧振腔及固體激光器按照設(shè)定的位置排布，可以在不減少最高輸出功率的情況下，大幅提升激光諧振腔的光束質(zhì)量。同時，由于光束質(zhì)量控制器的作用，將激光在諧振腔鏡上的光斑在不同電流下保持一致，方便后續(xù)的光路準(zhǔn)直，減少光纖耦合系統(tǒng)的損耗。本發(fā)明專利技術(shù)光路簡明，結(jié)構(gòu)緊湊，方便調(diào)節(jié)，配合高效的水循環(huán)冷卻設(shè)計保證了高功率激光的長時間穩(wěn)定工作。

Beam quality control device and laser resonant cavity and solid-state laser using the same

Beam quality control device and laser resonant cavity and solid laser using the same. The beam quality control device comprises a bracket and a panel fixed on the bracket, a small hole on the panel, beam mode selection to realize the control of beam quality through the hole, the back of the panel is provided with an annular flume, and the side panel is provided with a water inlet and a water outlet, a water inlet and a water outlet is communicated with the annular flume. The laser resonator and the solid laser are arranged according to the set position, so that the beam quality of the laser resonant cavity can be greatly improved without reducing the maximum output power. At the same time, due to the function of the beam quality controller, the laser spot on the resonant mirror is kept the same under different currents, which is convenient for subsequent optical alignment and reduces the loss of the optical fiber coupling system. The optical path of the invention is simple, compact and convenient to adjust, and is in accordance with the efficient design of water circulation cooling, thereby ensuring long time stability of high power lasers.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器
本專利技術(shù)屬于高功率激光領(lǐng)域，更具體地涉及一種光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器。
技術(shù)介紹
激光加工已經(jīng)到了柔性加工和精密加工的階段，所以需要激光器可以通過細(xì)的光纖芯徑傳輸高功率的激光。當(dāng)前在高功率激光諧振腔中主要使用平面鏡作為諧振腔鏡，但是平平腔的光束質(zhì)量隨著泵浦功率的升高出現(xiàn)先變差再變好的趨勢，使得高功率時激光的光束質(zhì)量達(dá)不到進(jìn)入光纖的標(biāo)準(zhǔn)，通常最差的光束質(zhì)量決定了光纖的選擇，而在光束質(zhì)量差的功率段進(jìn)行光纖耦合的損耗很大，無法保證長時間穩(wěn)定的工作，對于現(xiàn)代7*24小時的加工方式已經(jīng)不適用。所以需要一種方法在保證高功率的前提下提高光束質(zhì)量。現(xiàn)有的激光諧振腔普遍存在各種問題，光束質(zhì)量好的固體激光器一般功率不高；功率大于3000W的高功率激光器的光束質(zhì)量又無法滿足如400μm以下光纖耦合輸出的要求；而高光束質(zhì)量的高功率激光器，如碟片激光器或光纖激光器等，又需要相對復(fù)雜的技術(shù)，且國內(nèi)做的也不是很理想。
技術(shù)實現(xiàn)思路
基于上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)的主要目的在于提出一種光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器，用于解決以上技術(shù)問題的至少之一。為了實現(xiàn)上述目的，作為本專利技術(shù)的一個方面，本專利技術(shù)提出一種光束質(zhì)量控制裝置，包括一支架和固定于該支架上的面板，該面板上形成有一允許光束通過的小孔，光束通過小孔后被濾掉高階模以實現(xiàn)光束質(zhì)量的控制；該面板上還形成有液體冷卻通道及冷卻液輸入口和冷卻液輸出口，用于對該面板進(jìn)行冷卻。進(jìn)一步地，上述小孔的直徑為光束光斑大小的1.2～1.5倍。進(jìn)一步地，上述小孔的迎光面具有一倒角。進(jìn)一步地，上述固定于支架上的面板為長寬均等的長方體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，上述光束質(zhì)量控制裝置由紫銅材料形成，且面板的表面經(jīng)過發(fā)黑處理。為了實現(xiàn)上述目的，作為本專利技術(shù)的另一個方面，本專利技術(shù)提出一種基于光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔，采用上述的光束質(zhì)量控制裝置，包括兩個諧振腔鏡架、兩個光束質(zhì)量控制裝置、一高反鏡和一輸出鏡，高反鏡固定于第一諧振腔鏡架上，輸出鏡固定于第二諧振腔鏡架上，兩個光束質(zhì)量控制裝置分別位于高反鏡和輸出鏡的內(nèi)側(cè)，且兩個光束質(zhì)量控制裝置的背光面分別靠近高反鏡和輸出鏡。進(jìn)一步地，上述諧振腔鏡架包括一鏡片支架、一鏡片調(diào)節(jié)板和一調(diào)節(jié)螺桿，鏡片調(diào)節(jié)板內(nèi)部具有一水冷通道，用于通水冷卻。進(jìn)一步地，上述調(diào)節(jié)螺桿由一調(diào)節(jié)器固定，調(diào)節(jié)螺桿的螺紋螺距為0.25mm。進(jìn)一步地，上述兩個光束質(zhì)量控制裝置分別與高反鏡和輸出鏡的距離小于10mm。本專利技術(shù)還提出一種固體激光器，采用上述的基于光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔。本專利技術(shù)提出的光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器具有以下有益效果：1、本專利技術(shù)的光束質(zhì)量控制裝置，由于其面板上具有一小孔，可對通過其的光束進(jìn)行選模，使得光束的光斑可控制在與小孔相同的大小，從而在發(fā)散角不變的情況下，使得光束質(zhì)量得到提高，光束質(zhì)量高低取決于光束質(zhì)量控制裝置面板上的小孔大小；2、本專利技術(shù)采用光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔，當(dāng)激光在諧振腔內(nèi)開始振蕩后，輸出鏡和高反鏡上的光斑被控制在小孔大小的范圍內(nèi)，比未安裝控制器時的光斑小了很多，起到了選模的作用，所以光束質(zhì)量被控制在一個比較好的程度上，且激光腔內(nèi)有較強的雜散光被光束質(zhì)量控制裝置吸收；3、固體激光器采用具有光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔，由于光束質(zhì)量得到提高，因此固體激光器的出射激光可以注入芯徑更細(xì)的光纖中，同時可保證激光在諧振腔鏡上的光斑在不同電流下保持一致，在諧振腔后采用4f系統(tǒng)對激光光束進(jìn)行擴束，可以在各功率段得到相同的光斑輸出，方便后續(xù)的耦合工作。附圖說明圖1是本專利技術(shù)一實施例提出的光束質(zhì)量控制裝置的的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)一實施例提出的基于光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔的的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中激光諧振腔中諧振腔鏡架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本專利技術(shù)圖3中諧振腔鏡架與光束質(zhì)量控制裝置的組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本專利技術(shù)一實施例提出的固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本專利技術(shù)一實施例提出的固體激光器的應(yīng)用示例圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本專利技術(shù)公開了一種光束質(zhì)量控制裝置，包括一支架和固定于該支架上的面板，該面板上形成有一允許光束通過的小孔，光束通過小孔后被濾掉高階模以實現(xiàn)光束質(zhì)量的控制；該面板上還形成有液體冷卻通道及冷卻液輸入口和冷卻液輸出口，用于對該面板進(jìn)行冷卻。上述小孔的直徑為光束光斑大小的1.2-1.5倍；優(yōu)選地，小孔直徑為光束光斑大小的1.5倍，此時，通過小孔的光束能量為總光束能量的98％。優(yōu)選地，上述小孔的迎光面具有一倒角，以增大對光束的吸收面積；優(yōu)選地，該倒角為45°倒角。上述固定于支架上的面板為長寬均等的長方體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，上述光束質(zhì)量控制裝置由紫銅材料形成，且面板的表面經(jīng)過發(fā)黑處理，以最大限度的吸收雜光，防止引起不必要的震蕩。光束質(zhì)量控制裝置背面的環(huán)形水槽可對裝置進(jìn)行水冷，從而保證小孔周圍均勻的散熱。本專利技術(shù)還公開了一種基于光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔，采用上述的光束質(zhì)量控制裝置，包括兩個諧振腔鏡架、兩個光束質(zhì)量控制裝置、一高反鏡和一輸出鏡，高反鏡固定于第一諧振腔鏡架上，輸出鏡固定于第二諧振腔鏡架上，兩個光束質(zhì)量控制裝置分別位于高反鏡和輸出鏡的內(nèi)側(cè)，且兩個光束質(zhì)量控制裝置的背光面分別靠近高反鏡和輸出鏡。上述諧振腔鏡架包括一鏡片支架、一鏡片調(diào)節(jié)板和一調(diào)節(jié)螺桿，鏡片調(diào)節(jié)板內(nèi)部具有一水冷通道，用于通水冷卻。上述調(diào)節(jié)螺桿由一調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)并固定，優(yōu)選地，調(diào)節(jié)螺桿的螺紋螺距為0.25mm。優(yōu)選地，上述兩個光束質(zhì)量控制裝置分別與高反鏡和輸出鏡的距離小于10mm，且光束質(zhì)量控制裝置越靠近高反鏡和輸出鏡，其選模效果越好，則光束質(zhì)量越高。上述晶片調(diào)節(jié)板由碳鋼構(gòu)成，其支點處經(jīng)過加工形成一V型槽并通過熱處理來增加調(diào)節(jié)板的剛性，確保在支點處不會發(fā)生形變和位移，調(diào)節(jié)板內(nèi)部的水冷通道可進(jìn)行水循環(huán)從而保證諧振腔在長時間工作的過程中能夠快速散熱。上述高反鏡和輸出鏡均為平面鏡，優(yōu)選地，輸出鏡的透射率為30％。本專利技術(shù)還公開了一種固體激光器，采用上述的基于光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔。優(yōu)選地，上述晶體棒為Nd：YAG晶體棒；上述兩組側(cè)面泵浦源為兩組半導(dǎo)體激光器形成的環(huán)形泵浦。其具體工作原理為：在激光到達(dá)最高功率時通過調(diào)節(jié)器鎖緊諧振腔鏡架，將具有小孔的面板安裝在支架上，形成光束質(zhì)量控制裝置；將高反鏡和輸出鏡安裝在鏡片支架上，將光束質(zhì)量控制裝置緊靠鏡片，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)所述調(diào)節(jié)螺桿，使高反鏡和輸出鏡位于同一水平面上，然后固定調(diào)節(jié)螺桿。開啟激光震蕩，使用觀察儀觀察小孔周圍光斑，移動安裝有面板的支架，確保小孔位于光斑的中心。可以觀察到，移動支架前，通過小孔的激光功率較低，隨著支架的移動，小孔周圍的光斑在慢慢縮小，直到光斑中心高功率的光束全部進(jìn)入小孔后，通過小孔的激光功率恢復(fù)到接近側(cè)面泵浦源的發(fā)射功率。由于此系統(tǒng)可保證高功率，同時可使光斑尺寸減小，在發(fā)散角不變的前提下，光束質(zhì)量得到提高，固體激光器發(fā)射的為高功率、高光束質(zhì)量的激光。以下通過具體實施例對本專利技術(shù)提出的光束質(zhì)量控制裝置及應(yīng)用其的激光諧振腔及固體激光器進(jìn)行詳細(xì)描述。實施例1如圖1所示，本實施例提本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種光束質(zhì)量控制裝置，包括一支架和固定于該支架上的面板，其特征在于，所述面板上形成有一允許光束通過的小孔，所述光束通過所述小孔后被濾掉高階模以實現(xiàn)光束質(zhì)量的控制；所述面板上還形成有液體冷卻通道及冷卻液輸入口和冷卻液輸出口，用于對所述面板進(jìn)行冷卻。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光束質(zhì)量控制裝置，包括一支架和固定于該支架上的面板，其特征在于，所述面板上形成有一允許光束通過的小孔，所述光束通過所述小孔后被濾掉高階模以實現(xiàn)光束質(zhì)量的控制；所述面板上還形成有液體冷卻通道及冷卻液輸入口和冷卻液輸出口，用于對所述面板進(jìn)行冷卻。2.如權(quán)利要求1所述的光束質(zhì)量控制裝置，其特征在于，所述小孔的直徑為所述光束光斑大小的1.2～1.5倍。3.如權(quán)利要求2所述的光束質(zhì)量控制裝置，其特征在于，所述小孔的迎光面具有一倒角。4.如權(quán)利要求1所述的光束質(zhì)量控制裝置，其特征在于，所述固定于支架上的面板為長寬均等的長方體結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的光束質(zhì)量控制裝置，其特征在于，所述光束質(zhì)量控制裝置由紫銅材料形成，且所述面板的表面經(jīng)過發(fā)黑處理。6.一種基于光束質(zhì)量控制裝置的激光諧振腔，采用如權(quán)利要求1所述的光束質(zhì)量控制裝置，包括兩個諧振腔鏡架、兩個光束質(zhì)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：林學(xué)春，趙鵬飛，常亮，董智勇，于海娟，劉燕楠，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11