[发明专利]一种热容式钕玻璃棒状激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，尤其是涉及一种热容式钕玻璃棒状激光器。

背景技术

激光加工应用范围十分广泛，目前已在机械、电子、汽车、航空航天、钢铁、造船、军工等行业获得较为广泛的应用，并且在国民生产总值中占有越来越大的比重。工业应用中常用的激光器有固体激光器等，且较多的激光器采用灯泵浦，但用于工业应用的灯泵浦激光器需保证高光束质量和高功率激光输出。

固体激光器多为热容式玻璃激光器，对于传统的热容式灯泵浦玻璃激光器，由于激光介质(玻璃)的导热性能极差，泵浦光产生的热量沉积在激光介质内产生热应力，在不断重复泵浦和热传导作用下，虽然对器件进行了强冷却，但激光介质内热应力和冷却过程中产生的温度梯度仍不断增大，极易导致激光介质发生断裂。温度梯度的另一效应是使折射率完全均匀的激光介质变为类透镜介质，光束通过后发生聚焦，称为热自聚焦。热自聚焦不但使激光束发散角迅速增加，更为严重的是引起材料内部产生激光损伤。由于上述原因，热容式灯泵浦玻璃激光器虽能输出高性能激光，但其平均输出功率一般在百瓦以下。

为了克服传统的热容式灯泵浦玻璃激光器的问题，上世纪八十年代，国内外均开展了玻璃工作物质在激光运转过程中运动的器件研究。1982年美国专利U.S.P4,555,786提出了运动板状玻璃激光器，其特点是激光介质运动，使闪光灯在某一瞬间泵浦玻璃的局部区域产生激光，另一瞬间泵浦另一区域，局部泵浦可达到较高的功率密度而获得高的激光效率，而冷却分布在整个板面上，因而可实现高平均功率的激光输出。但这种激光器的输出功率仍受玻璃片负载能力的限制，未能达到千瓦水平；激光介质运动和冷却系统使得激光器机械结构的庞大而复杂；对大尺寸玻璃片作快速往返运动，驱动系统也存在问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能够获得高光束质量激光输出，又能实现高效率高平均功率输出，且结构简单、紧凑、易实现及激光运转过程中无需冷却的热容式钕玻璃棒状激光器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种热容式钕玻璃棒状激光器，包括谐振腔、聚光器和棒状钕玻璃激光介质，所述的谐振腔包括全反射镜和半反射镜，所述的聚光器呈梅花状由4个半椭圆状聚光腔组成，所述的聚光腔内设置有平行于激光束方向的氙灯，所述的氙灯外套置有冷却管，所述的冷却管内设置有流动冷却水，所述的氙灯的泵浦能量密度小于等于95J/cm³，所述的氙灯的放电脉冲宽度为1～2ms，所述的棒状钕玻璃激光介质的增益体积大于等于1481cm³，所述的棒状钕玻璃激光介质的直径大于等于3.6cm，所述的棒状钕玻璃激光介质的一端面为垂直面及另一端面为斜面，所述的垂直面与所述的斜面之间的夹角为2±0.01°。

所述的棒状钕玻璃激光介质两端面分别镀有波长为1.053μm的增透膜。

所述的棒状钕玻璃激光介质的直径为4.5±0.01cm，长度为100±0.1cm。

所述的氙灯的放电通道直径为3.5cm，长度为90cm。

所述的谐振腔长度为180cm，所述的全反射镜的直径为6cm及曲率半径为600cm，所述的全反射镜表面镀有波长为1.053μm的高反膜，所述的半反射镜的直径为6cm及曲率半径为300cm，所述的半反射镜中心镀有直径为2.2cm的波长为1.053μm的高反膜。

所述的冷却管为掺铈石英水冷却管。

与现有技术相比，本发明的优点在于采用这种结构使得激光器在保证获得高光束质量激光输出的同时，能重复频率运转，可在几秒时间内输出平均功率万瓦，峰值功率可达百万瓦以上的强激光脉冲序列；由于激光介质采用棒状钕玻璃，使得激光器整体体积小、重量轻及结构简单紧凑，且其在激光运转过程中无需冷却，待激光结束后采用风冷。

附图说明

图1为本发明激光器的聚光器结构示意图一；

图2为本发明激光器的聚光器结构示意图二；

图3为本发明激光器的谐振腔结构示意图；

图4为本发明激光器的棒状钕玻璃激光介质结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。