[实用新型]高功率调Q脉冲激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光器领域，特别涉及一种高功率调Q脉冲激光器。

背景技术

近年来，激光打孔技术在水松纸打孔、皮革打孔、膏药打孔等领域都得到快速发展；同时随着高端汽车、家电、电子和轻工业对具有优良冲压性能和表面涂镀性能的毛化钢板需求日益扩大，激光毛化技术也得到了迅速发展。提高激光打孔和激光毛化技术的加工质量和效率的关键是研制出重复频率、高峰值功率的高能量脉冲输出激光器作为激光发射源。在现有技术条件下，一般采用调Q技术实现高重复频率、高峰值功率的高能量脉冲激光输出。

目前，常规的激光调Q技术有转镜调Q、电光调Q、声光调Q和被动式可饱和吸收体调Q。

转镜调Q的基本原理是脉冲激光器谐振腔的全反镜被一个由高速电机带动旋转的全反镜所替代构成。全反镜绕垂直于谐振腔轴线做周期性旋转，因此构成了一个Q值作周期性变化的谐振腔。这种Q开关无插入损耗，而且不存在光损伤的问题，因此可以获得峰值功率高达几十MW的短脉宽脉冲；但其主要缺点是在高转速下的机械磨损会影响其使用寿命，且装配工艺要求很高。因此，该调Q技术很难广泛应用于实际生产中。

电光调Q的基本原理是在激光谐振腔中插入一个电光晶体，通过控制电光晶体两端电压而调节谐振腔的Q值，从而实现激光调Q。这种调Q方式能产生窄脉冲，同步性能好，使用寿命长，可以获得峰值功率高达几十MW以上、脉宽为几十纳秒的巨脉冲；但脉冲重复频率低(100Hz量级)，同时会在加工过程中产生大量等离子体，从而影响到材料对激光能量的吸收。因此，电光调Q激光器很难满足激光打孔和激光毛化等技术对加工效率的要求。

声光调Q的基本原理是在激光谐振腔轴线上放置一个声光调制器件，并通过使用高频振荡信号作用于声光调制器件而改变谐振腔的Q值。声光调Q技术容易获得峰值功率为几百KW、脉宽为一百纳秒左右的巨脉冲，但由于其声光调制器的衍射效率是有限的，从而导致它对高能量激光器的开关能力较差，因此它只能使用于较低增益的连续激光器上。综上所述，声光调Q脉冲激光器的单脉冲能量低，平均功率也低，从而使其应用范围受到很大限制。

被动式可饱和吸收体调Q的基本原理是在激光谐振腔轴线上放入可饱和吸收染料，该染料的吸收系数随着腔内光强的变化而变化，从而被动地改变腔内Q值。这种开关结构简单，使用方面，可以获得峰值功率为几MW、脉宽为几十ns的巨脉冲；但由于它是一种被动式调Q，因此产生调Q脉冲的时刻有一定的随机性，不能人为控制。因此，这种调Q方式不能满足激光打孔、激光毛化等对加工精度高的要求。

发明内容

本实用新型目的是：针对背景技术中涉及的现有各类调Q脉冲激光器的不足而提供一种高功率调Q脉冲激光器，该激光器能够提供稳定性高、重复频率高、峰值功率及脉冲能量高，而脉宽短的脉冲激光输出，其被应用于激光打孔时可以加工更深厚度的材料，应用于激光毛化领域时可以生产更深的毛化点和表面粗糙度。

本实用新型的技术方案是：一种高功率调Q脉冲激光器，包括由输出透反镜和全反镜构成的谐振腔及置于所述谐振腔内的连续泵浦单元和Nd:YAG激励介质；其特征在于还包括一位于谐振腔内并由高速电机带动旋转的机械调制盘，所述机械调制盘由遮光材料制成并且其上设有至少一个供激光光轴穿过的通光部位。

本实用新型中所述通光部位具体可以是开设于机械调制盘外缘上的通光切口。当通光切口的数量较多时，机械调制盘的外缘则呈锯齿状。

或者，本实用新型中所述通光部位也可以是通光孔。

或者，本实用新型中所述机械调制盘上的通光部位大于一个时，也可以部分为通光孔，而余下的则是开设于机械调制盘外缘上的通光切口。

本实用新型主要采用一个高速旋转的机械调制盘以实现激光器的调Q。其主要的工作原理如下：机械调制盘旋转的过程中，其上的非通光部位旋转到激光光轴上时，相当于在激光光轴上插入一个不通光的物体，从而导致激光器无法振荡；如果此时通过连续泵浦单元提供能量，那么将在Nd:YAG激励介质中逐渐积累能量；随着机械调制盘的旋转，当通光部位旋转到激光光轴上时，相当于将激光光轴上插入的不通光物体快速移出，激光器在Nd:YAG激励介质中所存储能量对应的增益作用下快速形成振荡，并实现高峰值功率短脉冲输出。在机械调制盘旋转的过程中，非通光部位与通光部位交替遮挡和通过激光光轴，因此激光器被周期性的关断和开启；如果此时通过连续泵浦单元提供连续的激光能量，那么激光器将输出高重复频率、高能量的激光脉冲。