中国碟片激光器世界第二不惧光纤激光器挑战

2013-05-02 10:59

　　1、碟片晶体的抽运

　　将棒状晶体改为碟片晶体来消除热透镜效应，人们自然要问：如此薄的晶体，如何实现抽运光的有效吸收？如何获得足够的增益？的确，如果抽运仍采用传统激励方法，一束抽运光仅照射工作物质一次，很难实现足够大的输出功率。人们同时还需要对碟状晶体的抽运进行创造性的构思和精密的设计才能将上述创新理论变为现实。

　　图2为通快(TRI雕PF)碟片激光器晶体腔体的示意图。由二极管阵列组成的抽运模块发射抽运光束，经准直后进入晶体腔体，借助于腔内的抛物形反射镜聚焦在晶体上，被晶体吸收一部分后，透射的那部分光被晶体背面高反射镀层反射，又被晶体吸收一部分，然后人射到腔内的棱镜上，再由抛物形反射镜和其他反射镜聚焦在晶体上。如此重复往返的入射使得一束抽运光自从抽运模块发出、进入晶体腔体至离开晶体腔体的过程中将途经激光晶体20次。抽运光能量被激光晶体充分吸收。这种方法可使光-光转换效率高达65％。

　　图2 碟片晶体的抽运

　　2、碟片激光器的结构和特点

　　以通快碟片激光器结构为例，如图3所示，它由抽运模块、晶体腔体、谐振腔、导光系统和光导纤维接口组成，并装有功率实时反馈控制系统。

　　图3 碟片激光器的构造

　　碟片激光器的最大功率与碟片晶体的数量成正比。随着技术不断成熟先进，碟片晶体所能产生的激光功率也在不断增大。2004年，单碟片晶体激光器的输出功率仅为1 kW，图3所示的是采用4片晶体的碟片激光器，因此当时该碟片激光器的最大输出功率为4 kW。2009年单碟电晶体激光器的输出功率达到4 kW，每片晶体的最大输出能力还将不断提高。

　　碟片激光器的输出激光可以很方便地用光纤传输到待加工的工件上。一台激光器可以供给6路输出。它们可以按能量或时间来分配激光输出。因此一台激光器可以供给多个工作站，使其得到充分利用时间转换速率为50 ms。