專利名稱：用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及半導體激光器領域，特別涉及一種用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器。
背景技術：
激光加工包括利用大功率激光器實現(xiàn)金屬毛化，切割，鉆孔，彎曲、焊接等操作。相對于傳統(tǒng)加工方法而言，激光加工具有應用范圍廣泛，加工精度高，快速高效等優(yōu)點，其原理是高強度高能量的激光束和物質(zhì)材料相互作用，利用產(chǎn)生的熱效應實現(xiàn)材料的分離和形態(tài)的改變，因此，提高激光加工的精度和效率的關鍵在于如何控制材料對于激光光束作用的面積和吸收效率。 對于激光而言軸對稱偏振光是一種特殊偏振態(tài)分布的矢量光束，其特點是偏振態(tài)在垂直于波矢方向的橫截面上分布滿足軸對稱特性。軸對稱偏振光有兩種基本偏振態(tài)分布，徑向偏振分布和角向偏振分布，方向上分別對應以光束中心為坐標原點的極坐標系中相應的徑向矢量方向和角向矢量方向。由于光場中心處的偏振態(tài)要滿足軸對稱分布，只有中心點處的光強為零時才能使光束具有真實物理意義。因此，軸對稱偏振光在橫截面上的強度分布為中心暗斑的環(huán)形結(jié)構，即軸對稱偏振是一種特殊的非均勻偏振結(jié)構。與傳統(tǒng)偏振光相比，軸對稱偏振光束最大的優(yōu)勢在于，它可以提供偏振態(tài)的分布和操控，由此能夠為聚焦場提供更加靈活的調(diào)制，實現(xiàn)三維光場分布和聚焦場偏振態(tài)控制。例如，利用軸對稱角向光束和徑向光束混合態(tài)，可以實現(xiàn)聚焦場的平頂分布，同時在軸向產(chǎn)生較大的作用長度，有利于提高激光加工產(chǎn)生的深度[R. Weber, A. michalowski, M. Abdou-Ahmed, Effects ofRadial and Tangential Polarization in Laser Material Processing(激光材料力口工中的徑向和切向偏振效應).Physics Procedia, 12，21—30 (2011)]。實驗表明，由于徑向偏振激光在垂直進入切割面時的菲涅耳吸收系數(shù)最高，與線偏振光相比，軸對稱偏振光加工效率可以提高 I. 5 到 4倍[M. Meier, V. Romano, T. Feurer,Material processing with pulsedradially and azimuthalIy polarized laser radiation(脈沖徑向和角向偏振激光的材料加工)，Appl. Phys. A，86，329-334 (2007)]。另外，在金屬加工中，激光加工的切口平滑度、加工產(chǎn)生的孔洞形狀等均會受到光場偏振態(tài)的影響。目前，激光加工雖然利用氣體作增益介質(zhì)可獲得幾十千瓦的高功率軸對稱激光輸出，但其光斑模式較差、精度低、在穩(wěn)定性方面無法與固體激光器相比。而固體激光器因為具有相位奇點的軸對稱矢量光束在光強上存在奇點，普通激光器無法產(chǎn)生軸對稱的偏振模式。而且用于激光加工的固體激光器以前大多采用氙燈泵浦方式，這也從本質(zhì)上決定了激光器不可能具有長壽命和聞效率。上述的現(xiàn)有技術中，對于現(xiàn)有的激光光源不論是采用氙燈激光器還是采用固體激光器，但其所產(chǎn)生的激光光束都存在缺陷，因而無法產(chǎn)生軸對稱的偏振模式，從而無法有效控制材料對于激光光束作用的面積和吸收效率，因此，無法獲得高精度的加工效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器，用于提高激光加工的精度和效率。為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器，包括全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置，所述全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生激光光束的主振蕩器以及用于對主振蕩器的輸出功率進行放大的功率放大器，所述主振蕩器包括以同光軸依次排列的全反射鏡和全固態(tài)單晶泵浦模塊，所述全反射鏡與全固態(tài)單晶泵浦模塊之間產(chǎn)生偏振光聚焦面，在所述全反射鏡與全固態(tài)單晶泵浦模塊之間光軸與所述偏振光聚焦面的相交處設置有起偏元件，以用于獲得單一的偏振態(tài)激光束。根據(jù)本發(fā)明所述，所述起偏元件包括小孔光闌或圓錐形分布的介質(zhì)薄膜。根據(jù)本發(fā)明所述，所述偏振光聚焦面包括徑向或角向偏振光的聚焦面。根據(jù)本發(fā)明所述，該激光器還包括雙向機械調(diào)節(jié)架，所述雙向機械調(diào)節(jié)架一端與所述起偏元件聯(lián)接，另一端與主振蕩器聯(lián)接，用于沿所述同光軸雙向移動，使所述起偏元件位于所述徑向或角向偏振光的聚焦面處。根據(jù)本發(fā)明所述，主振蕩器還具體包括聲光Q開關、光電門及激光輸出鏡，其以同光軸依次排列在所述全固態(tài)單晶泵浦模塊下游。根據(jù)本發(fā)明所述，全固態(tài)單晶泵浦模塊包括激光二極管陣列及激光增益介質(zhì)，所述激光二極管陣列采用多方向、對稱設置，用于側(cè)面對稱泵浦所述激光增益介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明所述的激光器，還包括以同光軸依次設置于所述功率放大器下游的旋光片、擴束鏡及激光功率監(jiān)測裝置，所述旋光片用于實現(xiàn)角向偏振態(tài)與徑向偏振態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，所述功率放大器由一級或多級全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊組成。本發(fā)明的激光器還包括電源裝置、Q開關驅(qū)動器及冷卻裝置，所述電源裝置用于為所述全固激光產(chǎn)生裝置供電；Q開關驅(qū)動器用于控制所述全固態(tài)軸對稱偏振激光產(chǎn)生裝置的輸出波形；冷卻裝置用于為所述全固態(tài)軸對稱偏振激光產(chǎn)生裝置散熱。本發(fā)明技術方案的有益效果在于首先，本發(fā)明在主振蕩器結(jié)構中增設了起偏元件，因而可以輸出具有軸對稱偏振特性和高功率的激光。利用激光二極管代替氙燈作為泵浦光源，提高激光器的利用效率和壽命，并提高輸出激光的光束質(zhì)量。從而為激光加工設備提供更加靈活的聚焦場調(diào)制，通過控制激光的偏振態(tài)控制光束分布、作用面積和作用長度等參數(shù)，因此，提高了激光加工的精度和效率。其次，本發(fā)明采用小孔光闌作為起偏元件設置在其中一種偏振光的聚焦面處，用 來選擇需要的軸對稱偏振模式，同時抑制另外一種軸對稱偏振模式，使得一種偏振光損耗遠大于另外一種偏振光，實現(xiàn)單一的徑向偏振態(tài)或者單一的角向偏振態(tài)的低損耗穩(wěn)定振蕩。再次，本發(fā)明采用的功率放大器由一級或多級全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊組成。增益介質(zhì)采用多晶陶瓷，其由隨機取向的微晶體構成，宏觀上表現(xiàn)為各向同性材料，利用多晶陶瓷棒沒有退偏或退偏可以忽略的特性，實現(xiàn)軸對稱偏振激光功率的進一步放大，并保證軸對稱偏振分布不變。
再次，本發(fā)明采用的激光二極管多向?qū)ΨQ側(cè)面泵浦棒狀激光增益介質(zhì)的結(jié)構，具有對稱的徑向分布，可實現(xiàn)激光棒內(nèi)增益分布的對稱性和均勻性，從而有效減少角向畸變引起的退偏。采用激光二極管代替氙燈作為泵浦光源，在提高激光器的利用效率和壽命的同時，實現(xiàn)輸出激光光束質(zhì)量的提高。
再次，本發(fā)明通過設置在起偏元件與主振蕩器之間的雙向機械調(diào)節(jié)架，可實現(xiàn)起偏元件在徑向與角向偏振光的聚焦面處靈活調(diào)節(jié)，從而提高了起偏元件調(diào)節(jié)的靈活性，并簡便了徑向偏振光與角向偏振光的切換操作。最后，本發(fā)明激光器還包括設置在功率放大器下游處的用于實現(xiàn)角向偏振態(tài)與徑向偏振態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的旋光片。旋光片依據(jù)具體需要設置，例如激光器輸出為徑向偏振光，90度旋光片可實現(xiàn)光束從徑向偏振態(tài)轉(zhuǎn)化為角向偏振態(tài)。另外，本發(fā)明還包括設置在所述旋光片下游的擴束鏡及激光功率監(jiān)測裝置。擴束鏡及激光功率監(jiān)測裝置依據(jù)具體需要設置，可以實現(xiàn)光束的遠距離傳輸以及激光加工過程中功率的實時監(jiān)測。


通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的描述，可以使本發(fā)明的方案、效果和特點得到更加透徹的理解。在附圖中圖I為本發(fā)明所述激光器的總體結(jié)構的方框圖。圖2為本發(fā)明所述全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置的結(jié)構示意圖。圖3為均勻偏振結(jié)構與非均勻偏振結(jié)構對比示意圖。圖4為本發(fā)明所述全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置的光路示意圖。圖5為直接測量和通過不同角度偏振片后測得的徑向偏振光束光強分布圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器的結(jié)構進行詳細描述。圖I為本發(fā)明所述的一種用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器的總體結(jié)構方框圖。如圖I所示，該激光器包括全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置A，二極管激光直流電源B、Q開關驅(qū)動器C和水冷機D。全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置A采用激光二極管作為光源。電源B為激光二極管供電。Q開關驅(qū)動器C用于控制全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置A的輸出波形。水冷機D用于為全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置A散熱。圖2是本發(fā)明所述全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置A的結(jié)構示意圖。如圖2所示，該全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置A包括主振蕩器I和功率放大器II。主振蕩器I包括全反射鏡1，小孔光闌
2,全固態(tài)單晶泵浦模塊3,聲光Q開關4,光電門5,激光輸出鏡6。全反射鏡I、激光輸出鏡6構成主振蕩器I的諧振腔；小孔光闌2、全固態(tài)單晶泵浦模塊3、聲光Q開關4、光電門5按同光軸依次排列設置在諧振腔內(nèi)。通過在其中一個聚焦面上放置的小孔光闌2，以選擇需要的偏振模式，抑制另外一種偏振模式，從而實現(xiàn)主振蕩器產(chǎn)生軸對稱偏振激光。聲光Q開關4對激光束進行波形調(diào)制，控制激光束波形形貌，達到控制加工點形貌的目的。光電門5可隨時開啟或關斷激光，從而控制激光加工的運行。功率放大器II位于主振蕩器I的下游，其由一級或多級全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊7構成，主振蕩器輸出激光束經(jīng)過功率放大后，不僅實現(xiàn)激光功率的進一步放大，并且保證激光束軸對稱偏振特性不改變。
在本發(fā)明的實施例中，全固態(tài)單晶泵浦模塊3或全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊7為全固態(tài)，采用激光二極管為光源，側(cè)面泵浦固體激光增益介質(zhì)。為了減少角向畸變引起的退偏，全固態(tài)泵浦模塊3和7具有對稱的徑向分布特征。二維激光二極管陣列從側(cè)面由多個方向?qū)ΨQ泵浦棒狀增益介質(zhì)，且激光二極管陣列的慢軸方向(發(fā)散角的全寬度一般約為10° )和激光棒的軸線方向平行。為了保證激光棒內(nèi)增益分布的對稱性和均勻性，在機械設計結(jié)構允許的前提下，盡可能的提高泵浦的方向數(shù)，進而有效的減少由于增益分布的非對稱性所產(chǎn)生的高階像差。在側(cè)泵激光棒的耦合結(jié)構中，為了保證對稱性并防止激光二極管陣列發(fā)射的泵浦光透過激光棒后照射到對面的激光二極管陣列上，泵浦方向數(shù)通常取奇數(shù)。為了提高側(cè)泵結(jié)構的耦合吸收效率，在與陣列對稱的方向上放置反光塊，反光塊對稱的環(huán)繞在激光棒周圍，將未被激光棒完全吸收的泵浦光反射回激光棒內(nèi)部，以提高泵浦耦合效率和泵浦光分布均勻性。通過優(yōu)化激光二極管陣列與激光棒之間的泵浦距離，確保泵浦模塊具有最佳的吸收效率和增益分布均勻性。另外，在功率放大器的下游還設置有旋光片8，并且在旋光片8的下游設置有擴束及監(jiān)測裝置9。旋光片8可采用90度旋光片，其設置在功率放大器的激光輸出口處，根據(jù)具體需要實現(xiàn)角向偏振態(tài)與徑向偏振態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。擴束鏡和激光功率監(jiān)測裝置9置于激光的輸出口處，便于激光束的傳輸和激光器穩(wěn)定性能的監(jiān)測，以滿足激光加工的實際需要，這屬于激光加工設備的常規(guī)技術。以下對本發(fā)明主振蕩器產(chǎn)生軸對稱偏振光的原理進行具體說明。在大功率激光泵浦下，激光棒內(nèi)的熱沉積將導致激光棒內(nèi)溫度分布不均、熱應力和受熱形變現(xiàn)象，因而產(chǎn)生熱透鏡效應，熱焦距可表示為其中，K表示導熱率，A是激光棒的截面面積，Pd是激光棒吸收的總熱量，dn/dT表示折射率的溫度梯度，α為熱膨脹系數(shù)，^表示激光棒的半徑，Iitl表示激光棒中心的折射率，(；和C$分別對應徑向和角向情況的常數(shù)，都是材料光彈系數(shù)的函數(shù)，對于Nd: YAG單晶，它們分別為O. 017和-O. 0025。從上述熱透鏡計算方程可看出，激光棒相當于雙焦透鏡，其角向和徑向具有不同的焦距。對于Nd:YAG單晶，理論分析的結(jié)果為= 1.2，實際測量結(jié)果在I. 35 I. 5之間。本發(fā)明利用激光棒中徑向偏振光和角向偏振光聚焦不同的特點，精確測得單晶棒產(chǎn)生的徑向和角向熱焦距之后，根據(jù)激光穩(wěn)定性條件合理設計主振蕩器的諧振腔結(jié)構，在其中一個聚焦面上放置小孔光闌2，用來選擇需要的偏振模式，抑制另外一種偏振模式，使得一種偏振光損耗遠大于另外一種偏振光，實現(xiàn)單一偏振的低損耗穩(wěn)定振蕩。最終，主振蕩器輸出軸對稱偏振激光。如圖3所不,與傳統(tǒng)線偏振光與圓偏振光的偏振態(tài)均勻分布不同，在垂直于波矢方向的橫截面上，軸對稱偏振光的偏振態(tài)分布滿足軸對稱特性，在徑向偏振分布和角向偏振分布均滿足軸對稱特性。需要說明的是，在本實施方式中，為了說明方便，以小孔光闌位于諧振腔中的一個聚焦面為例子，但并不僅限小孔光闌作為起偏元件。例如在主振蕩器激光腔內(nèi)加入圓錐形分布的介質(zhì)薄膜同樣可以達到起偏元件的作用，圓錐形分布的介質(zhì)薄膜的透射率同入射光偏振態(tài)有關，通過在腔內(nèi)引入徑向偏振光和角向偏振光之間的透射率差，從而借助諧振腔內(nèi)的模式競爭實現(xiàn)徑向偏振光低損耗穩(wěn)定的振蕩。但是，若選用小孔光闌2作為起偏元件，其位置不能隨便放置，例如將小孔光闌2放置于徑向偏振光的聚焦面處，此時，角向偏振光由于無法通過小孔光闌因此無法穩(wěn)定振蕩，而徑向偏振光可穩(wěn)定振蕩，即輸出光束為徑向偏振態(tài)；反之，若輸出光束為角向偏振態(tài)，則小孔光闌2必須放置于角向偏振光的聚焦面處。此外，由于小孔光闌2必須與腔內(nèi)振蕩激光束同心,所以小孔光闌2可借助于一雙向機械調(diào)節(jié)架10實現(xiàn)精密位移。雙向機械調(diào)節(jié)架10 —端與所述起偏元件聯(lián)接,另一端與主振蕩器聯(lián)接，用于沿所述同光軸雙向移動，使所述起偏元件位于所述徑向或角向偏振光的聚焦面處，可實現(xiàn)起偏元件在徑向與角向偏振光的聚焦面處靈活調(diào)節(jié)，從而提高了起偏元件調(diào)節(jié)的靈活性，并簡便了徑向偏振光與角向偏振光的切換操作。由于這種雙向機械調(diào)節(jié)架10可以通過多種現(xiàn)有技術來實現(xiàn)，故不在本文中贅述本發(fā)明全固態(tài)單晶泵浦模塊3中的增益介質(zhì)為單晶圓柱棒。增益介質(zhì)可以是Nd:YAG 單晶體，或者 Nd = Y3Al5O12、或者 Nd:GGG、或者 Yb:YAG、或者 Yb = Y3Al5O12、或者 Yb:GGG等單晶體或者其它具有熱致雙透鏡的單晶體。側(cè)面泵浦條件下棒狀單晶對徑向偏振光和角向偏振光具有不同的熱焦距。在低泵浦功率下，棒狀單晶對軸對稱偏振的退偏可以忽略。本發(fā)明功率放大器中的全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊7采用多晶結(jié)構的陶瓷圓柱棒為增益介質(zhì)。在保證激光波長與主振蕩器一致、放大功率達到實際需求前提下，增益介質(zhì)可以是多晶NchYAG陶瓷，或者Nd = Y3Al5O12、或者Nd:GGG、或者Yb:YAG、或者Yb = Y3Al5O12、或者Yb:GGG等多晶陶瓷或者其它波長與主振蕩器一致的多晶陶瓷等替代。以多晶Nd:YAG陶瓷為例，其光譜特性、物化性能、激光特性與單晶Nd: YAG幾乎相同，且為熱效應各向同性材料，沒有退偏或退偏可以忽略，并且相對于單晶體，多晶Nd:YAG陶瓷離子摻雜更均勻，摻雜濃度可以更高，較容易制備大尺寸。本發(fā)明的全固態(tài)單晶泵浦模塊3和全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊7為模塊化結(jié)構，使用壽命至少8000小時，而當其使用壽命已至，直接更換新的模塊即可，中間無任何維護工作。另外，本發(fā)明的激光器采取了相應保護措施保證設備的實用化例如，選用具有高損傷閾值的光學元件，全腔光學元件均采用水冷，依靠機械設計保證激光器及其光路系統(tǒng)工作環(huán)境穩(wěn)定、清潔、干燥，增加冷卻水水壓過低保護和突發(fā)事件急停裝置。圖4給出本發(fā)明全固態(tài)軸對稱偏振激光產(chǎn)生裝置的一種具體實例的光路示意圖，全固態(tài)軸對稱偏振激光產(chǎn)生裝置包括主振蕩器和兩級功率放大器。其中主振蕩器包括1064nm全反射鏡1，小孔光闌2，全固態(tài)單晶Nd: YAG泵浦模塊3，聲光Q開關4，光電門5，1064nm激光輸出鏡6。主振蕩器為平凹腔結(jié)構，1064nm全反射鏡I為曲率半徑為130mm的平凹鏡，1064nm激光輸出鏡6為對1064nm激光透過率為30%的平面鏡。全固態(tài)單晶Nd: YAG泵浦模塊3采用激光二極管側(cè)面泵浦結(jié)構，每個泵浦模塊包括9個二極管陣列，分別從三向?qū)ΨQ泵浦單晶Nd: YAG ;單晶Nd: YAG長64mm，直徑為3mm，摻雜濃度為O. 6%。聲光Q開關4中心頻率為27. 12MHz，重復頻率lk-50kHz連續(xù)可調(diào)。功率放大器包括兩級，即兩個全固態(tài)多晶Nd: YAG陶瓷泵浦模塊7，每個泵浦模塊包括30個二極管陣列，分別從五向?qū)ΨQ側(cè)面泵浦多晶Nd = YAG陶瓷，每個二極管陣列最大輸出功率為20W ;多晶Nd = YAG陶瓷直徑為4mm，長120mm，摻雜濃度為1.0%。在808nm激光二極管最大泵浦功率時，測得單晶Nd: YAG棒的徑向、角向熱焦距分別為350mm和480mm，多晶Nd = YAG陶瓷熱焦距為170mm。將1064nm全反射鏡I到小孔光闌2的距離dl設置為130mm，將小孔光闌2、1064nm激光輸出鏡6分別到全固態(tài)單晶Nd: YAG泵浦模塊3左右兩個主平面的距離d2均設置為330mm，即小孔光闌2置于徑向偏振模式的焦平面上，小孔光闌2直徑選用0.6_。最終，主振蕩器輸出平均功率為12W的徑向偏振態(tài)1064nm激光，重復頻率為10kHz，脈寬為60ns。兩級功率放大器采用2f系統(tǒng)，根據(jù)熱透鏡焦距的測定結(jié)果，第一級放大器的多晶Nd:YAG陶瓷棒左主平面到主振蕩器輸出鏡6的距離d3設置為350mm，兩個多晶Nd = YAG陶瓷棒相鄰主平面的距離d4設置為340mm。經(jīng)過第一級放大器后，1064nm激光功率被放大到50W，再經(jīng)過第二級放大器后，1064nm激光功率被放大到125W。經(jīng)兩級放大器后，徑向偏振態(tài)分布保持不變。90度旋光片依據(jù)具體需要選擇性設置，可實現(xiàn)光束從徑向偏振態(tài)轉(zhuǎn)化為角向偏振態(tài)。在未使用旋光片情況下，將輸出光束入射到以波矢為軸可旋轉(zhuǎn)的偏振片，再耦合到CCD相機分析光束的偏振特性，分析結(jié)果如圖 5所示，圖5為直接測量和通過0°、45°、90° >135°偏振片后測量的徑向偏振光束光強分布圖,其中箭頭表不旋光片透光軸方向，角度代表偏振片的偏振化方向和豎直方向的夾角。由圖5可知,直接測量的徑向偏振光強分布呈環(huán)狀非均勻分布，通過偏振片后光強分布為雙瓣結(jié)構，且暗帶與偏振片方向垂直，即在垂直于波矢方向的橫截面上，軸對稱偏振光的偏振態(tài)為徑向偏振態(tài)，從而證明利用上述全固態(tài)軸對稱偏振激光器產(chǎn)生的光束的偏振態(tài)分布滿足軸對稱特性。雙面鍍有1064nm增透膜的90度石英旋光片8可選放于激光輸出口處,根據(jù)具體需要實現(xiàn)徑向偏振態(tài)向角向偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換。通過更多級功率放大器，還可以將激光功率進一步提高。綜上所述，雖然本發(fā)明的方案是以具體實施例的方式披露如上的，本發(fā)明并不僅限于上述的實施例。對于本領域的普通技術人員而言，可以在不違背從權利要求以及說明書全體所獲知的發(fā)明的主旨或思想的范圍內(nèi)，對本發(fā)明進行各種變換和/或修改。但是這些變換和修改也均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器，包括全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置，所述全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生激光光束的主振蕩器以及用于對主振蕩器的輸出功率進行放大的功率放大器，所述主振蕩器包括以同光軸排列的全反射鏡和全固態(tài)單晶泵浦模塊，所述全反射鏡與全固態(tài)單晶泵浦模塊之間產(chǎn)生偏振光聚焦面，在所述全反射鏡與全固態(tài)單晶泵浦模塊之間的光軸與所述偏振光聚焦面的相交處設置有起偏元件。
2.如權利要求I所述的激光器，其特征在于，所述起偏元件包括小孔光闌或圓錐形分布的介質(zhì)薄膜。
3.如權利要求I或2所述的激光器，其特征在于，所述偏振光聚焦面包括徑向或角向偏振光的聚焦面。
4.如權利要求3所述的激光器，其特征在于還包括雙向機械調(diào)節(jié)架，所述雙向機械調(diào)節(jié)架一端與所述起偏元件聯(lián)接，另一端與主振蕩器聯(lián)接，用于沿所述同光軸雙向移動，使所述起偏元件位于所述徑向或角向偏振光的聚焦面處。
5.如權利要求3所述的激光器，其特征在于，所述主振蕩器還包括聲光Q開關、光電門及激光輸出鏡，其以同光軸依次排列在所述全固態(tài)單晶泵浦模塊下游。
6.如權利要求3所述的激光器，其特征在于，所述全固態(tài)單晶泵浦模塊包括激光二極管陣列及激光增益介質(zhì)，所述激光二極管陣列采用多方向、對稱設置，用于側(cè)面對稱泵浦所述激光增益介質(zhì)。
7.如權利要求3所述的激光器，其特征在于還包括以同光軸依次設置于所述功率放大器下游的旋光片、擴束鏡及激光功率監(jiān)測裝置，所述旋光片用于實現(xiàn)角向偏振態(tài)與徑向偏振態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
8.如權利要求3所述的激光器，其特征在于，所述功率放大器由一級或多級全固態(tài)多晶陶瓷泵浦模塊組成。
9.如權利要求3所述的激光器，其特征在于還包括電源裝置、Q開關驅(qū)動器及冷卻裝置，所述電源裝置用于為所述全固激光產(chǎn)生裝置供電；Q開關驅(qū)動器用于控制所述全固態(tài)軸對稱偏振激光產(chǎn)生裝置的輸出波形；所述冷卻裝置用于為所述全固態(tài)軸對稱偏振激光產(chǎn)生裝置散熱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于激光加工的高功率全固態(tài)軸對稱偏振激光器，包括全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置，所述全固態(tài)激光產(chǎn)生裝置包括用于產(chǎn)生激光光束的主振蕩器以及用于對主振蕩器的輸出功率進行放大的功率放大器，所述主振蕩器包括以同光軸排列的全反射鏡和全固態(tài)單晶泵浦模塊，所述全反射鏡與全固態(tài)單晶泵浦模塊之間產(chǎn)生偏振光聚焦面。該激光器還包括起偏元件，所述起偏元件設置于所述全反射鏡與全固態(tài)單晶泵浦模塊之間的光軸與所述偏振光聚焦面的相交處。本發(fā)明的激光器可以輸出具有軸對稱偏振態(tài)的激光，從而提高了激光加工的效率和精度。
文檔編號H01S3/0941GK102623884SQ201210088910
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權日2012年3月29日
發(fā)明者李寶河, 耿愛叢, 趙慈, 陳曉白 申請人:北京工商大學