[发明专利]一种用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光切割技术领域，具体的说是一种用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器，适用于固体激光切割设备使用。

背景技术

当Nd:YAG激光器以连续或高重复脉冲两种方式运行时，都能获得数百瓦至上千瓦的高功率激光输出，因此Nd:YAG激光器在激光切割加工中得到广泛的应用。但是高功率Nd:YAG激光器在进行激光加工时也存在严重的热效应，主要是由于泵浦光的利用率较低，大部分光以热的方式消耗，导致Nd:YAG激光棒产生严重的热畸变，这种变形体现在两个方面，均会带来不好的影响：一是已加工成形的Nd:YAG激光棒两个平行的光学平面畸变为一个凸面，如图1所示，产生凸透镜效应，将平行的光束变为发散的光束，造成激光器运行不稳定和光束模式变坏，影响激光聚焦和切割精度；二是热效应造成Nd:YAG激光棒的热弯曲变形会造成对激光器光束的扰动，特别是在高功率激光运行状态时会产生光束漂移，严重影响激光切割的光点定位，影响切割精度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足之处，而提供一种用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器，它具有良好的抗热畸变性能，切割精度高，使用寿命长。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器，包括椭圆柱聚光腔、Nd:YAG激光棒、泵浦源氙灯，所述用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器的光学谐振腔中同轴设置两个椭圆柱聚光腔，所述椭圆柱聚光腔的两个焦点分别设置泵浦源氙灯和Nd:YAG激光棒。

在上述技术方案中，所述椭圆柱聚光腔的椭圆参数为长半轴20mm，短半轴17mm，椭圆率e为0.53，焦距2C为21.6mm。

在上述技术方案中，所述Nd:YAG激光棒表面呈螺旋状。

在上述技术方案中，所述Nd:YAG激光棒，其出光截面为Ф6mm×150mm，所述Nd:YAG激光棒是将Ф8mm×150mm的Nd:YAG激光棒表面加工成螺旋状，其表面螺旋纹的螺旋深度为1mm，螺旋宽度为2mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：1.采用两个椭圆柱聚光腔串联而成，安装简单，调试方便，两个聚光腔分立供电，同步激发，可获得平均功率400瓦到500瓦的激光输出用于激光切割；2.采用螺旋棒状Nd:YAG作为激光工作物质，其表面受光照面积增大，表面散热面积增大，激光冷却水流速度加快，使得Nd:YAG棒的热透镜效应减小，能有效改善光束的输出发散角，提高光束的聚焦性能；3.螺旋棒状Nd:YAG激光棒由于有效强度截面增大，抗热畸变性能增加，能有效减小棒的弯曲变形，大大改善激光光束的光点漂移。

附图说明

图1为平滑Nd:YAG激光棒光照中热变形的示意图。

图2为本用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器的结构示意图。

图3为椭圆柱聚光腔灯棒光线轨迹图。

图4为本发明中螺旋状Nd:YAG激光棒封装与水冷示意图。

其中：1.椭圆柱聚光腔、2.Nd:YAG激光棒、3.泵浦源氙灯、4.泵浦源氙灯的直流高压电源、5.光学谐振腔调整镜架、6.光学谐振腔输出镜、7.光学谐振腔全反镜、8.冷却玻璃管、9.冷却玻璃管、10.活动棒套、11.硅橡胶密封圈、12.玻璃管、13.硅橡胶密封O型圈。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。

如图2所示，本实施例提供一种用于激光切割的抗热畸变Nd:YAG激光器，包括椭圆柱聚光腔1、Nd:YAG激光棒2、泵浦源氙灯3，该激光器的光学谐振腔中同轴设置两个椭圆柱聚光腔1，所述椭圆柱聚光腔1的两个焦点分别设有泵浦源氙灯3和Nd:YAG激光棒2，形成一台二级串联Nd:YAG激光器。通过微调机构将两支Nd:YAG激光棒调整到同轴，同心并端面相互平行，以保证两级激光器安装紧凑。椭圆柱聚光腔1中的泵浦源氙灯3由激光电源即直流高压电源4分立供电，两支泵浦源氙灯3同步触发，以保证泵浦源氙灯3的电荷功率相同，确保Nd:YAG激光棒2保持相近的热效应，达到激光器的平衡运行。

由于采用了两个椭圆柱聚光腔1串联的结构，在获得同样的500瓦平均功率激光输出时，由于两级串联激光器Nd:YAG激光棒的泵浦功率只有双灯泵浦的泵浦功率的一半，同时聚光效率比双灯泵浦的聚光效率提高20％，因此激光棒的热畸变将大大小于双灯泵浦的激光棒。从而保证激光束发射角、发射功率的稳定度，光斑模式也能得到很大的改善。