侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

碟片激光器技术原理及器件、系统

2013-10-19 00:11
退思
关注

  碟片激光器(Disk Laser),又称圆盘激光器,它与传统的固体激光器的本质区别在于激光工作物质的形状。将传统的固体激光器的棒状晶体改为碟片晶体,这一创新理念将固体激光器推向了一个新时代。碟片激光器以其极佳的光束质量和转换效率在工业制造业中得到了日益广泛的应用。

  激光器设计过程的一个重要问题是激光工作物质的冷却,冷却效果直接关系到激光器的质量。如图1所示,由于传统的棒状激光晶体只能侧面冷却,即冷却须通过晶体棒的径向热传导来实现,因此棒内温度呈抛物线形型分布,导致在棒内形成所谓的热透镜。这种热透镜效应会严重影响激光束的质量,并随抽运功率的变化而变化。抽运功率越大,热透镜效应越大,

  热透镜的焦距越短,激光甚至可能由稳态变为非稳态,从而严重限制了固体激光器向高功率方向的发展。

  图一 激光工作晶体

  碟片激光晶体的厚度只有200μ m左右,抽运光从正面射入,而冷却在晶体的背面实现。因为晶体很薄,径厚比很大,因此可以得到及时有效的冷却,这种一维的热传导使得晶体内的温度分布非常均匀,因此碟片激光晶体从根本上解决了上述热透镜问题,大大改善了激光束质量、转换效率及功率稳定性。

  碟片片晶体的抽运

  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为某公司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,然后入射到腔内的棱镜上,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。这种方法可使光一光转换效率高达65%。

  图二 为某公司碟片激光器晶体腔体的示意图

  碟片激光器结构通常由抽运模块、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,碟片激光器的最大功率与碟片晶体的数量成正比例。

  碟片激光器应用

  碟片激光器在工业制造业中应用很广泛,例如高速切割和各种焊接,包括常规焊接和飞行焊接等。

  1、焊接

  厚钢板的焊接需要很高的激光功率。如前所述,碟片激光在大功率下仍保持良好的光束质量,因而对厚钢板焊接具有特别的优势。

  2、切割

  激光的光束质量对于切割尤为重要,因为光束质量好意味着光束的聚集效果好,焦斑尺寸小,功率密度大。碟片激光器可以输出几乎接近衍射极限光束质量的激光,而且能在高功率下保持这种优良特性,因此切割速度快,质量好。

1  2  3  4  5  6  7  8  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号