[发明专利]一种高稳光束质量无热聚焦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，具体是一种高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器。

背景技术

Nd:YAG激光器在现在激光加工行业有着大量应用，其中500W功率级别的激光器近两三年也有极大的使用群体。但在使用过程中，Nd:YAG激光器的热聚焦现象和光束质量不稳定的问题使Nd:YAG激光器的推广受到很大限制。

其中，Nd:YAG激光器的热聚焦现象，主要原因为非球面元件的热变形扭曲，使Nd:YAG柱型晶体端面变形扭曲为一个凸形聚焦镜，由此产生凸透镜效应，将平行的光束变为发散的光束，焦距随温度升高由大逐渐变小，使光路中的反射镜、聚焦镜在焦点上时损坏几率很大，且激光谐振在非平面端面反射使光束质量大为下降；由于热聚焦效应的存在，激光器谐振输出的光束质量很不稳定，加工稳定性难以保证，例如热聚焦效应造成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，影响激光聚焦和切割精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器，无热聚焦现象、光束质量稳定、使用方便稳定，可使加工质量有很好的保证，而且散热充分、使用寿命长。

一种高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器，包括由全反镜和半反镜构成的光学谐振腔，光学谐振腔内设有至少两个串联连接的椭圆柱镀金聚光腔，每一椭圆柱镀金聚光腔内的两个焦点分别设置氙灯和Nd:YAG晶体组件，所述Nd:YAG晶体组件包括五只同轴、且间隔设置的Nd:YAG柱型晶体，Nd:YAG柱型晶体之间通过晶体连接件连接成Nd:YAG晶体棒，Nd:YAG柱型晶体的直径为6.3-9毫米，长16-24毫米。

如上所述的高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器，所述晶体连接件(采用银镀金材料制成。

如上所述的高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器，所述晶体连接件为中空的圆柱形腔体结构，圆柱形腔体内充满氮气形成充氮气腔，充氮气腔内氮气在温度为40-60℃时压力为0.7-0.9MPA，充氮气腔的两端分别与Nd:YAG柱型晶体粘接固定。

如上所述的高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器，充氮气腔的外壁径向向外延伸设有多个散热片。

本发明通过将现有的Nd:YAG晶体棒改进设计为五只小段的Nd:YAG柱型晶体通过晶体连接件串联连接，通过限定Nd:YAG柱型晶体的尺寸，从而使得每只Nd:YAG柱型晶体端面热畸变量不会破坏形成理想谐振条件，最终本发明的激光器具有高光束质量(m2＜1.1)、无热聚焦，功率＞500W，光电转换效率大于4.8％的特点。由于在从冷态到达到高温平衡的整个工作过程中，每只YAG柱型晶体端面热畸变量很小没有破坏理想的谐振条件，光束质量稳定，可提高加工质量；光路中无聚焦，可延长反射镜和聚焦镜寿命；晶体材料的总体积减少，可节省晶体材料。

附图说明

图1是本发明高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器的结构示意图；

图2是本发明Nd:YAG激光器中Nd:YAG柱形晶体的连接示意图；

图3是本发明连接Nd:YAG柱形晶体的晶体连接件3的结构示意图；

图4(a)是Nd:YAG柱形晶体的结构端面变形图；

图4(b)是不同Nd:YAG柱形晶体的变形量与温度的关系图。

图中：1-全反镜，2-Nd:YAG柱型晶体，3-晶体连接件，4-充氮气腔，5-半反镜，6-椭圆柱镀金聚光腔，7-氙灯，41-散热片。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本发明高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器的结构示意图，所述高稳光束质量无热聚焦Nd:YAG激光器包括由全反镜1和半反镜5构成的光学谐振腔，光学谐振腔内设有至少两个串联连接的椭圆柱镀金聚光腔6，每一椭圆柱镀金聚光腔6内的两个焦点分别设置氙灯7和Nd:YAG晶体组件。所述Nd:YAG晶体组件包括五只同轴、且间隔设置的Nd:YAG柱型晶体2，Nd:YAG柱型晶体2之间通过晶体连接件3连接成Nd:YAG晶体棒。