[实用新型]平行双光路偏振相干合成大功率激光器以及焊接切割系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光器和焊接切割系统。 

背景技术

激光器广泛用于各种用途，例如焊接切割系统中。平均输出功率和光束质量是激光器在科研及生产等行业应用中的主要技术参数，然而由于激光器本身的各种机制或条件的限制，其输出功率是有限的；而且光束质量随着输出功率的增加而降低，因此二者成为发展高能激光技术的关键问题。现有技术中的高能激光器通常包括聚光腔、尾镜和头镜，其中尾镜为全反射镜，头镜为部分反射镜。这种结构的激光器输出功率较低且光束质量不温度，在实际应用中造成诸多不便。 

实用新型内容

本实用新型公开了一种激光器和焊接切割系统，其将基于角锥作为全反镜的两路子激光器平行放置，由偏振片产生偏振光束并最后达到两路P/S光相干合成提高输出功率和光束质量。 

本实用新型的平行双光路偏振相干合成大功率激光器，包括脉冲电源和谐振腔，谐振腔包括第一聚光腔、第二聚光腔、第一工作物质、第二工作物质、角锥棱镜、半反射镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片和第二偏振片，其中， 

第一聚光腔和第二聚光腔平行设置； 

第一工作物质置于第一聚光腔内且位于第一聚光腔的轴向中心线上，第二工作物质置于第二聚光腔内且位于第二聚光腔的轴向中心线上； 

角锥棱镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片、第二偏振片以及半反射镜的中心与第一聚光腔以及第二聚光腔的腔体中心位于同一平面上； 

角锥棱镜、第一偏振片、第一工作物质、第二偏振片和半反射镜位于同一条直线上，第一偏振片和第二偏振片分别位于第一工作物质的两侧，且与第一工作物质的夹角为45度； 

第一全反射镜、第二工作物质和第二全反射镜位于同一条直线上，第一全反射镜和第二全反射镜分别位于第二工作物质的两侧，且于第二工作物质的夹角为45度。 

提高单束激光能量的可行方法是采用光束合成技术，即把多束低功率而且光束质量良好的激光束合成为一束，在获得高功率激光束的同时维持或提高光束质量。目前，光束合成技术已得到了广泛的研究，也发展了各种各样的合成方法。根据光束的相干性可以分为相干合成和非相干合成，按照合成光束的空间结构可以分为阵列合成和同轴合成，依据合成过程与谐振腔的关系又可分为腔内合成、腔耦合以及腔外合成。 

偏振光束合成是光束合成的一个技术方案，其合束元件是偏振分束镜，可以实现多束相干光的同轴合成。单就该方法而言，理论合成效率高，而且由于实现了同轴合成，光束质量好。 

偏振光束合成时，参与合成的p光和s光具有相同的频率以及固定的相位差，两束光经过偏振分束镜合为一束椭圆偏振光(或线偏振光)。将一个λ/4波片插入该椭圆偏振光束中，光轴与椭圆偏振光的主轴平行，则经过λ/4波片后椭圆偏振光变为线偏振光，该线偏振光经过1个λ/2波片旋转成p光(或s光)。合成的p(或s)光可以和其他的s(或p)光重复上述合束及转换过程，如此实现多束偏振光的合成。 

偏振光束合成时对条件有一定的要求，如具有良好稳定性的机械器件、有效的隔震措施、稳定的实验环境等，以控制相位差的稳定，获得较高的合成效率。 

当参与合成的p光和s光的强度相差较大时，相位差的不稳定性对合成效率的影响较小，而当两束光等强度时，合成效率对相位差的变化最为敏感。 

理论上，经过P B S平行射出的p光和s光在空间上是完全重合的，但实际上不可避免地存在重合误差。由于重合误差的存在，p光和s光的一小部分光束因没有发生偏振叠加而损失；而在叠加区域S内，光束横截面上各点处的振幅比不同，因此合成光束在横截面上各点处的偏振态不同，这种非均匀偏振的效果使偏振合成损耗增大。一般来说，后一种损耗是光斑重合误差引起的主要影响。 

实际中，经过P B S输出的s光和p光的光轴不可能是完全平行的。所谓平行度，指两束光的传播夹角θ。平行误差主要从两个方面影响合成效率：一是s光和p光的波前不再平行，使得合成区域内各点的相位差不同，同样形成非均匀偏振的横截面，降低合成效率；二是在合成光束的传播平面上两光斑不重合，因此产生了重合度误差。考虑到实际中通常是在近场的两点观察光斑的叠加效果并测量合成强度，因此上述第二个方面的影响可以忽 略。