一种可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器

1.本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器。


背景技术：

2.随着近些年激光技术的发展及相关配套设备的普及，激光在工业生产、科学研究、生物医疗及军事等领域的应用地位日益凸显。其中，1064nm激光是在众多激光应用领域中应用最为广泛的一种光源，是众多激光应用的基石，例如：光电对抗、激光切割、激光清洗、激光打标等。针对不同的应用需求，所需的激光参数（如：激光重复频率、激光单脉冲能量、激光功率、激光脉冲脉宽等）往往存在巨大差异，这便需要不同工作制式的激光器，如：光电对抗应用中激光致盲需要高功率连续光源，激光探潜需要大能量脉冲光源，激光扫描需要高重频脉冲光源；激光清洗应用需要大能量的脉冲光源（典型：10000赫兹重频，几毫焦耳至几十毫焦耳单脉冲能量）；激光打标应用需要高重频脉冲光源（典型：重复频率为几万赫兹到几十万赫兹，单脉冲能量为微焦耳到几百微焦耳）；激光切割、焊接应用需要高功率连续光源等。
3.激光器是激光设备的核心，其性能很大程度上决定着激光应用性能。当前激光设备向着多用途、多功能方向发展，即一台激光设备能够满足多种不同应用需求。这便对激光设备的核心部件激光器提出了更高的要求：激光器能够以多种制式高效工作，以满足不同应用的需求。然而，目前现有激光器工作制式单一，单台激光器往往仅能满足一种应用，很大程度上限制了激光设备的应用，造成资源浪费。
4.为此，本技术设计了一种可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器，该激光器利用现有常规激光晶体，通过合理的结合，通过反馈自动控制的可调泵浦作用，实现了一款可在连续、低重复频率、高重复频率多种制式下均高效运转且可自动切换工作制式的激光器，提高了激光器的应用能力。


技术实现要素：

5.本发明为了弥补现有技术中激光器功能较为单一，无法满足多种应用需求的不足，提供了一种可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器。
6.一种可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器，包括泵浦激光源，所述泵浦激光源的出光侧设置有由电脑自动控制的激光耦合系统；所述激光耦合系统由电脑自动控制的位移平台和固定在位移平台上的耦合透镜组组成；所述耦合透镜组在远离泵浦激光源的一侧设置有谐振腔；所述谐振腔的两端为1064nm激光高反镜和1064nm激光耦合输出镜，1064nm激光高反镜位于耦合透镜组和1064nm激光耦合输出镜之间；所述1064nm激光高反镜和所述1064nm激光耦合输出镜之间设置有激光增益介质；
所述激光增益介质中含有两个晶体，两个晶体的发射中心波长都为1064nm；所述激光增益介质和所述1064nm激光耦合输出镜之间设置声光q开关；所述声光q开关由声光晶体和驱动装置组成；所述驱动装置和所述激光耦合系统连接有反馈系统。
7.进一步地，为了更好的实现本发明，所述激光增益介质由nd:yag晶体紧贴nd:yvo4晶体组成，所述nd:yag晶体位于1064nm激光高反镜和nd:yvo4晶体之间。
8.进一步地，为了更好的实现本发明，所述由电脑自动控制的激光耦合系统通过电脑根据反馈系统提供的反馈信号自动控制其与激光增益介质之间的距离。
9.进一步地，为了更好的实现本发明，所述反馈系统的信号采集来自驱动装置或输出激光信号或提供激光器重复频率信息的信号。
10.进一步地，为了更好的实现本发明，所述1064nm激光高反镜的两侧均镀有808nm激光高透膜；所述1064nm激光高反镜靠近激光增益介质一侧镀有1064nm激光高反膜；所述1064nm激光耦合输出镜靠近声光q开关的驱动装置一侧镀有对1064nm激光部分透过膜，所述1064nm激光耦合输出镜远离声光q开关的驱动装置一侧镀有对1064nm激光增透膜。
11.本发明的有益效果是：1、本发明通过电脑自动控制的激光耦合系统可根据实际需求及激光器实时运转状态对泵浦光束腰位置进行自动调节，无需要人工干预的情况下便可以达到调节两种晶体对泵浦光的吸收比例的效果。
12.2、利用两种激光晶体共同提供激光增益，进行优势互补。利用nd:yag晶体具有较长上能级寿命、优异的机械及热力学性能等特点，可提升泵浦功率上限，提高输出，且可实现该激光器在重复频率低至几千赫兹时高效运转，实现大能量激光输出；利用nd:yvo4晶体具有大吸收截面、受激发射截面、上能级寿命相对较短特点，可保证该激光器在重复频率高至几万赫兹时高效运转，同时实现高平均功率、短脉宽激光输出。达到无论是低重复频率还是高重复频率状态下，激光器均可高效运转的效果。
13.3、相较于现有的此类激光器单晶体结构（单nd:yag或单nd:yvo4），nd:yag和nd:yvo4双晶体结构可有效缓解激光器热负载（在相同泵浦功率下，双晶体分担了传统单晶体结构中单晶体的热），达到提升激光器稳定性和效率的效果。
14.本发明实现了一款可在连续、低重复频率、高重复频率多种制式下均可高效运转且可自动切换工作制式的激光器，可满足多种应用需求，解决了目前该类激光器面临的运转制式、功能单一的痛点问题。以此激光器为核心光源的激光系统可满足不同应用需求：当激光器以高功率连续状态运转时，可实现激光切割、焊接等；当激光器以低重复频率、大能量状态运转时，可实现激光清洗、激光调阻、远距离测距等；当激光器以高重复频率、短脉冲状态运转时，可实现激光打标、激光扫描、激光打孔等。能够达到一机多用的效果，顺应了当前激光应用发展的趋势，大大提升激光器系统的应用度，降低成本，提高效率。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图。
16.图中，1、泵浦激光源，2、激光耦合系统，3、谐振腔，4、激光增益介质，5、声光q开关，6、传
能光纤，7、反馈系统；21、位移平台，22、耦合透镜组，31、1064nm激光高反镜，32、1064nm激光耦合输出镜，41、nd:yag晶体，42、nd:yvo4晶体，51、声光晶体，52、驱动装置。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
18.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.图1为本发明的一种具体实施例，该实施例为一种可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器，可以连续制式和以调q制式在5000hz-20000hz重复频率范围内均高效工作。
21.如图所示，本实施例包括：泵浦激光源1，泵浦激光源1的出射光的波长可以在808nm附近，不作具体限定；电脑自动控制的激光耦合系统2位于泵浦激光源1的出光侧；电脑自动控制的激光耦合系统2包括电脑自动控制的位移平台21和固定在位移平台上的耦合透镜组22。传能光纤6设置在泵浦激光源1与电脑自动控制的激光耦合系统2之间，以将泵浦激光源1的出射光导出；电脑自动控制的激光耦合系统2可对传能光纤6导出的泵浦激光源1发射的激光进行准直聚焦，并可通过反馈系统7提供的反馈信号控制位移平台灵活调节泵浦光束腰位置。
22.本实施例的谐振腔3位于电脑自动控制的激光耦合系统2远离泵浦激光源1的一侧；谐振腔3包括1064nm激光高反镜31和1064nm激光耦合输出镜32，其中，1064nm激光高反镜31位于电脑自动控制的激光耦合系统2和1064nm激光耦合输出镜32之间。1064nm激光高反镜31两侧均镀有808nm激光高透膜，1064nm激光高反镜31靠近激光增益介质4一侧镀有1064nm激光高反膜其中激光增益介质4位于1064nm激光高反镜31和1064nm激光耦合输出镜32之间；激光增益介质4可以包括nd:yag晶体41和nd:yvo4晶体42，nd:yag晶体41位于1064nm激光高反镜31和nd:yvo4晶体42之间；nd:yag晶体41和nd:yvo4晶体42作为增益介质共同为激光提供增益，泵浦激光源1用于对激光增益介质4进行泵浦激励。
23.声光q开关5位于激光增益介质4和1064nm激光耦合输出镜32之间，包括声光晶体51和驱动装置52。1064nm激光耦合输出镜32靠近声光q开关5一侧镀有对1064nm激光部分透过膜，1064nm激光耦合输出镜32远离声光q开关5一侧镀有对1064nm激光增透膜。反馈系统7，与驱动装置52及电脑自动控制的激光耦合系统2相连，用于采集激光器工作重复频率信号并反馈给电脑自动控制的激光耦合系统2。
24.本实施例中为达到激光器可以连续制式和以调q制式在5000hz-20000hz重复频率范围内均高效工作的目标，nd:yag晶体41参数为：晶体尺寸3
×3×
4mm3，nd
3+
掺杂浓度0.4-at.%；nd:yvo4晶体42参数为：晶体尺寸3
×3×
10mm3，nd
3+
掺杂浓度0.5-at.%。
25.本实施例提供的可自动切换工作制式的多用途1064nm激光器，选用3
×3×
4mm3，nd
3+
掺杂浓度0.4-at.%的nd:yag晶体和3
×3×
10mm3，nd
3+
掺杂浓度0.5-at.%的nd:yvo4晶体作为增益介质共同为基频光提供增益，利用nd:yag晶体具有较长上能级寿命、优良机械性能和热力学性能的特点，能够实现激光器低至5000赫兹重复频率下高效运转，实现大单脉冲能量的输出。利用nd:yvo4晶体具有大受激发射截面、大吸收截面及上能级寿命相对较短特点，能够实现高至20000赫兹重频的高平均功率、短脉冲激光运转。
26.当q开关5不工作时，激光器以连续机制运转，实现连续激光输出；当q开关5正常工作、调制频率低时，反馈系统7将采集到的低重频信号反馈给电脑自动控制的激光耦合系统2，通过电脑自动控制的激光耦合系统2调节泵浦光束腰在增益介质中的位置更偏于nd:yag晶体41，保证nd:yag晶体41作为主增益晶体对泵浦光好的吸收，nd:yvo4晶体42作为辅助增益晶体，吸收未被nd:yag晶体41完全吸收的泵浦光，充分发挥nd:yag晶体41的优势实现低重复频率时激光器的高效调q运转；当q开关5正常工作、调制频率高时，反馈系统7将采集到的高重频信号反馈给电脑自动控制的激光耦合系统2，通过电脑自动控制的激光耦合系统2调节泵浦光束腰在增益介质中的位置更偏于nd:yvo4晶体42，保证nd:yvo4晶体42作为主增益晶体对泵浦光更好的吸收，nd:yag晶体41作为辅助增益晶体在前端吸收部分泵浦光，充分发挥nd:yvo4晶体42的优势实现高重复频率时激光器的高效调q运转。
27.本实施例的激光器运转原理如下：激光不同制式运转原理：泵浦激光源1发射的泵浦光通过电脑自动控制的激光耦合系统2，进行准直聚焦后对谐振腔3内的激光增益介质4进行激励，形成粒子数反转，在谐振腔3的反馈作用下，当激光增益4大于损耗时，谐振腔3内实现振荡光起振。在腔内声光q开关5的作用下，实现振荡光的调制运转，最终由1064nm激光耦合输出镜32实现脉冲激光输出；当声光q开关5及驱动装置52持续不工作时，谐振腔3内振荡光实现连续运转，最终由1064nm激光耦合输出镜32实现连续激光输出。
28.激光器自动切换工作制式原理：与声光q开关5的驱动装置52相连接的反馈系统7实时采集声光q开关5的驱动装置52的信号，获得激光器实时运转重复频率信号并将反馈信号发送给电脑自动控制的激光耦合系统2，电脑自动控制的激光耦合系统2根据反馈信号实时调节其与激光增益介质4间的距离，达到实时调节泵浦束腰在激光增益介质4中位置的目的。通过实时调节泵浦束腰在激光增益介质4中的位置，实现激光增益介质4中nd:yag晶体41和nd:yvo4晶体42对泵浦光吸收比例的调节，从而充分发挥两种晶体在不同工作制式下的各自优势，实现激光器在不同重复频率下均可高效运转。
29.需要特别指出的是，组成激光增益介质的nd:yag晶体41和nd:yvo4晶体42参数（包括晶体长度、掺杂浓度等）需要根据实际应用需求（如：需要保证高效运转的重复频率范围）合理设计选择，并非任意两块晶体简单搭配。而且，两个晶体的选择前提是受激辐射中心波长接近。
30.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案
的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。