专利名称：一种窄脉冲序列固体激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种窄脉冲序列固体激光器，属于激光工业加工中的 激光器件技术领域。
技术背景目前用于较大深度小孔加工，通常小孔直径在0.5mm以下，深度在 10mm以内，采用的激光器主要是较大功率自由振荡脉冲YAG激光器，单 脉冲宽度为毫秒和亚毫秒量级，参数范围一般为0. lms 2ms，脉冲能量最 大在10焦耳左右，脉冲频率在数百赫兹以内，平均功率最大数百瓦。研究表明，较大的脉冲能量、脉冲宽度激光与更窄脉冲宽度和较小 脉冲能量的激光加工小孔相比，热影响区域更大，加工小孔过程将产生 更多的熔化物，导致小孔孔壁重铸层偏厚，而且易产生裂纹，小孔锥度 大，小孔形状不规则，尤其在金属间化合物，金属基、陶瓷基复合材料， 陶瓷等脆性材料上加工小孔，难度要大得多，加工小孔的质量更差。发明内容本实用新型的目的正是针对上述现有激光器存在的问题而设计提供 了一种窄脉冲序列固体激光器，其目的是在加工小孔过程中使激光脉冲 热作用时间更短，单脉冲的激光功率密度更高，使材料气化比例和材料 去除效率显著增加，这样，热影响区域、再铸层和微裂纹以及孔的锥度 都将大大减小。本实用新型的目的是通过以下措施来实现的本实用新型所述的窄脉冲序列固体激光器是一种可以产生百纳秒级 脉冲序列的新型脉冲YAG激光器，它是将自由振荡的脉冲YAG激光的单 个较长宽度(毫秒级)的脉冲波形改进为由一组更窄脉冲宽度(纳秒级) 的脉冲序列所组成，为实现上述目的，本窄脉冲序列固体激光器的结构 设计技术方案如下该种窄脉冲序列固体激光器，包括本振极、YAG高反镜、第一放大极 和第二放大极，其特征在于(1) 在YAG高反镜的结构组成内，第二全反射镜和第三全反射镜之间 设置法拉第旋光器；(2) 经过YAG高反镜反射出的激光束通过偏振片进入第一放大极和第 二放大极，再经放大级全反射镜折返回偏振片输出；(3) 在第一放大极和第二放大极之间设置望远镜选模系统。 上述装置是对5W左右小功率、高频窄脉冲声光调Q YAG本征激光输出进行多级脉冲泵浦放大的新模式。保证本征激光输出为TEM。。模，频率 5 50kHz，脉冲宽度100 700ns，经过两级或三级脉冲泵浦放大，将本 征激光转变为低频( 10Hz)的由几十个窄脉冲(宽度100 700ns)组 成的脉冲序列。脉冲序列能量达到2.5J (2ms的脉冲序列宽度时)，单脉 冲能量最大达到100mJ;为了保证功率放大后的激光光束品质，在放大级 间增加选模装置。该种放大级结构设计采用折叠腔减小了激光器体积， 为了避免放大级本身与主振荡级间产生自激振荡，采用了激光偏振技术。 为了进一步提高激光聚焦后的功率密度，在放大级的输出端加入倍频晶 体压縮激光波长，得到可见的蓝激光或紫外波段的激光。 本实用新型装置具有以下优点1、 实现了将自由振荡激光脉冲转变为一组更短脉冲的激光脉冲序列；2、 放大级采取折返方式，实现激光功率双倍放大，避免了本振级声 光关断能力的限制，有效的提高了功率减小了体积。3、 在相同功率或能量条件下，与通常的自由振荡脉冲YAG激光器相 比，明显提高了加工小孔的质量。
图1是本实用新型产品的组成及结构示意图图中1、本征激光器全反射镜2、声光Q开关3、 YAG晶体棒及 泵浦装置4、本征激光器输出镜5、第一全反射镜6、第二全反射镜 7、法拉第旋光器8、第三全反射镜9、偏振片10、第一级放大11、 望远镜选模系统12、第二级放大13、放大级全反射镜14、第四全 反射镜15、本振级具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型装置作进一步地详述-参见附图1所示，该种窄脉冲序列固体激光器，包括本振极15、 YAG 高反镜、第一放大极10和第二放大极12，其特征在于(1) 在YAG高反镜的结构组成内，第二全反射镜6和第三全反射镜8 之间设置法拉第旋光器7;(2) 经过YAG高反镜反射出的激光束通过偏振片9进入第一放大极10 和第二放大极12，再经放大级全反射镜13折返回偏振片9输出；(3) 在第一放大极10和第二放大极12之间设置望远镜选模系统11。 本实用新型产品YAG激光经声光Q开关2调制后，得到脉冲宽度100 700ns，频率5 50kHz的激光输出，第一全反射镜5和第二全反射镜6将 激光光路反射18(T通过法拉第旋转式起偏器7产生45°偏振光，这样可以 实现本征级和放大级之间的光学隔离，避免本振级受放大级寄生激光的影 响，防止放大级产生自激振荡。然后45°YAG偏振光再经过第三全反射镜8 和偏振片9光路再次旋转180"，偏振片9可使45°偏振光反射，-45°偏振 光透射，这样激光通过第一放大极10和第二放大极12可实现往返4次放 大。在第一放大极10和第二放大极12之间放置一望远镜选模系统11，保 证放大后的激光光束质量。本实用新型产品与现有技术相比得到了单脉冲宽度100 700ns的脉 冲序列，脉冲序列宽度lms左右，脉冲序列能量和最大值为2.5J，该激光 器加工小孔的质量及效率均得到明显提高，尤其适合于较大深径比的小孔 加工。
权利要求1. 一种窄脉冲序列固体激光器，包括本振极(15)、YAG高反镜、第一放大极(10)和第二放大极(12)，其特征在于(1)在YAG高反镜的结构组成内，第二全反射镜(6)和第三全反射镜(8)之间设置法拉第旋光器(7)；(2)经过YAG高反镜反射出的激光束通过偏振片(9)进入第一放大极(10)和第二放大极(12)，再经放大级全反射镜(13)折返回偏振片(9)输出；(3)在第一放大极(10)和第二放大极(12)之间设置望远镜选模系统(11)。
专利摘要本实用新型是一种窄脉冲序列固体激光器，包括本振极、YAG高反镜、第一放大极和第二放大极，其特征在于(1)在YAG高反镜的结构组成内，第二全反射镜和第三全反射镜之间设置法拉第旋光器；(2)经过YAG高反镜反射出的激光束通过偏振片进入第一放大极和第二放大极，再经放大级全反射镜折返回偏振片输出；(3)在第一放大极和第二放大极之间设置望远镜选模系统。本实用新型产品与现有技术相比得到了单脉冲宽度100～700ns的脉冲序列，脉冲序列宽度1ms左右，脉冲序列能量和最大值为2.5J，该激光器加工小孔的质量及效率均得到明显提高，尤其适合于较大深径比的小孔加工。
文档编号G02B27/00GK201210578SQ20082011840
公开日2009年3月18日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者张晓兵, 张晓鹏 申请人:中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所