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大功率脉冲Nd:YAG激光器

刘学胜  鄢歆  邱运淘  武强  王智勇  左铁钏  
【摘要】:针对工业加工对大功率脉冲光源的大量需求,研制出一台单级振荡输出灯泵浦大功率脉冲 Nd:YAG激光器。首先由理论分析,提出脉冲激光器最大输出功率的表达式,分析得到输出功率随工作物质吸收效率,泵浦源电光转换效率,谐振腔内能量转换效率,泵浦功率的增加而提高,随泵浦腔内损耗的减小而增加。并设计光学谐振腔,使其既能大功率输出又能在大范围内稳定工作。然后针对影响因子提出提高激光器总体效率,增大输出功率的有效措施:采用双灯(氪气:氙气=9:1)泵浦,灯壁采用掺铈石英,且套灯及工作物质的玻璃管也都掺铈,多重滤掉紫外光,并转化为有用的光谱, 减弱热效应并提高输出功率;采用光线踪迹法设计反射曲面,经镀有高反射率的双椭圆金面反射后,使双灯在工作物质上均匀成像,保证在注入电功率时,工作物质增益均匀,以提高光束质量和输出功率;采用特优级工作物质,热应力双折射相对较弱;腔体及腔内元件采用分部对称冷却;冷却水采用杂质和粒子双重过滤。最后在此基础上对谐振腔进行优化,保证激光器在最大注入功率时稳定工作并输出最大功率。该脉冲YAG激光器可实现脉宽在0.1-10ms可调,频率高达1000Hz,总注入功率12kw。试验得到激光器参数脉冲宽度和频率协调改变,激光器在整个脉宽范围内都均能达到500w输出,可对不同的加工对象进行高效加工,该激光器最大单脉冲能量50J,总体电光效率4.2%,光束质量为25mm.mrad,平均功率500w,功率稳定性在±2%内。大大提高激光的加工效率及在制造业的应用范围。

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