[发明专利]一种端面泵浦拉丝模打孔激光器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种端面泵浦拉丝模打孔激光器的设计方法。

背景技术

激光打孔是最早应用化的激光加工技术，也是激光加工的重要应用领域之一；激光打孔主要用于金属材料、轻金属材料、普通硬质合金材料以及非金属材料的加工。

激光打孔指激光经聚焦后作为高强度热源材料进行加热，使激光作用区域内材料融化或气化继而蒸发，而形成孔洞的激光加工过程。激光束在空间和时间上高度集中，利用透镜聚焦；将光斑直径缩小到105～1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度集合可对任何材料进行激光打孔。

精密拉丝模打孔激光器主要用于聚晶金刚石、人造金刚石、硬质合金、陶瓷材料进行拉丝模精密打孔。相对于机械打孔方式，激光打孔机具有速度快、效率高、家经济效益好；可获得大的深径比；可在硬、脆、软等材料上进行加工；无工具损耗。同时，适用于数量多，高密度的群孔加工；此外加工工件不存在工件污染问题等优点。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种端面泵浦拉丝模打孔激光器的设计方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

S1、脉宽控制：设计激光器光学腔的光程距离为350mm；S2、光纤耦合模块选取：提供激光上能级粒子数布局；S3、光纤耦合部分：采用1:0.7成像到Nd:YAG晶体进行泵浦；S4、激光晶体选取：采用一个单端键合的Nd:YAG晶体，键合面为泵浦光入射面；S5、光学谐振腔的设计；采用前、后两个腔镜为凸面镜的结构。

一些实施例中，步骤S1中激光器光学腔的中间位置设置折转镜。

一些实施例中，所述光纤耦合模块选取进一步包括采用相干的FAP800-40W光纤耦合模块。

一些实施例中，所述光纤耦合模块为SMA头；泵浦光波长为808nm。

一些实施例中，所述激光晶体选取参数为长度2+18(mm)，直径Φ2mm，浓度0.4％。

一些实施例中，所述两凸面镜的曲率为R＝-4000mm，其中，所述两凸面镜一个为反射镜，另一个为T＝20％的输出镜。

一些实施例中，所述前后两个腔镜分别放置两个Φ0.8光阑。

本发明的有益效果在于：通过设置光学设计方案，使用键合晶体，减少端面热效应来提高光束质量。

附图说明

图1为根据本发明的激光光斑半径随热焦距变化示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

结合图1所示，本发明提供一种端面泵浦拉丝模打孔激光器的设计方法，包括：

S1、脉宽控制：本发明激光器设计要求为在最高功率5W的时候，出光脉宽为35ns10kHz，采用设计光学腔的光程距离为350mm。

由于光学腔中有声光Q晶体、Nd:YAG晶体等，实际几何距离比光程距离短，其几何距离为316mm。

由于整体光路过长，进一步地，激光器光学腔的中间位置设置折转镜，从而使激光器作的更加紧凑。

S2、光纤耦合模块选取：提供激光上能级粒子数布局，从而产生跃迁的激光。

通常使用的光纤耦合模块为Dilas的光纤耦合模块，但其通常有比较长的光纤尾纤，当光纤尾纤短于10m时，抖动光纤对激光功率是有较大影响的。为提高功率稳定性，减少光纤尾纤对功率起伏产生的影响，设计选用相干的FAP800-40W模块，该光纤耦合模块光纤为SMA头；泵浦光波长为808nm，不会有光纤尾纤对功率的影响。

S3、光纤耦合部分：采用1:0.7成像到Nd:YAG晶体进行泵浦。

其中，相干的FAP800-40W模块的线芯直径为800um，成像到Nd:YAG晶体中的理想成像为700um，由于具有像散等情况，成像光斑略大于理想光斑。此时，泵浦光光斑略大于激光光斑也是让基模进行起振，抑制高阶模的发生。

S4、激光晶体选取：