[发明专利]一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器

说明书

本发明提供了一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，该激光器通过电脉冲调制种子源LD，经两级预放和一级功放，实现高达500W平均功率的输出，单脉冲能量可达5mJ以上，峰值功率超过40kW。在激光除锈领域，相比于固体激光器，调Q光纤激光器或者准连续激光器，本发明可以实现灵活的脉宽和频率的调谐，可适用于不同场合的除锈，有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域与激光技术领域，特别是大脉冲能量和高峰值功率的纳秒光纤激光器和放大器领域。

背景技术

高功率纳秒脉冲光纤激光器样机广泛应用与金属打标，雕刻，薄板切割和焊接，太阳能电池焊接，异性金属焊接等多个工业细分应用领域。目前全光纤纳秒脉冲激光器的单脉冲能量一般在1mJ左右，峰值功率不超过20kW。对于目前激光除锈的应用来说，其峰值功率和单脉冲能量都比同等平均功率的固体激光器少了将近一个数量级，因此实际应用中，使用全光纤纳秒激光器去进行除锈的效果和效率都远远达不到工业加工的要求。使用调Q技术可以实现4mJ左右的全光纤纳秒脉冲激光器，但由于调Q技术方案本身的缺陷，脉冲宽度一般是固定在100～200ns之间，频率也无法灵活的进行设置，因此在实际除锈应用中受到很大的限制，此外也有用准连续的高功率激光器进行除锈的，面临的问题是峰值功率无法达到几十乃至上百千瓦，同时激光器的成本因为使用特殊芯片的原因，也是十分昂贵，无法普及使用。

发明内容

本发明提供一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，其包括脉冲调制电路(1)、种子源LD(2)，外部同步触发电路(3)，单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(5),(1+1)×1合束器(6)，泵浦LD(7)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，泵浦源LD(12)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，脉冲波形补偿整形电路(15)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)，高功率锁波长泵浦LD(19)，高功率隔离输出头(20)。

其中，脉冲调制电路(1)和外部同步触发电路(3)都是连接到种子源LD(2)，对其进行脉冲电调制，种子源LD(2)依次连接单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(4)，(1+1)×1合束器(6)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)和高功率隔离输出头(20)，最后放大后的激光信号从高功率隔离输出头(20)输出；泵浦LD(7)与(1+1)×1合束器(6)连接；泵浦LD(12)与(2+1)×1合束器(10)连接，高功率锁波长泵浦LD(19)与(6+1)×1合束器(18)连接。

所述的高功率声光调制器(AOM)(14)的上升沿响应时间范围是50～200ns，能够承受的平均功率不低于5W，峰值功率不低于10kW。

所述的(6+1)×1合束器(18)是反向合束器，单臂能承受功率不小于100W，泵浦效率大于97％，信号插损小于0.3dB，光束质量能保持在1.3以下，反向可以承受的平均功率大于300W；信号纤的纤芯直径在30um～100um之间，泵浦纤的包层直径在105um～240um之间。

高掺镱大模场增益光纤(17)是双包层或者三包层结构，泵浦吸收系数大于7dB/m，纤芯在30～100um之间，内包层形状选自六边形，八角形或矩形结构。

脉冲波形补偿整形电路(15)可以进行程序编程实现正弦型，三角型，抛物线型或者指数型的波形输出，可以对波形进行精确的调谐。

高功率隔离输出头(20)能够承受五百瓦以上的平均功率，100kW以上的峰值功率和至多10mJ的单脉冲能量。