双灯复合聚光腔

摘要

本发明涉及一种双灯复合聚光腔，包括激光棒、泵浦灯、滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉，所述激光棒为一只激光棒，所述泵浦灯、滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉均为两个；以激光棒为对称体，由内向外，依次为滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉，且按照对称设置所述铜质镀金柱面反射体和热沉均设有水冷通道。本发明能够使对泵浦激光有用的光能有效聚焦到激光棒上，具有更好的能量分布均匀性，提高了激光转换效率，提供了高功率、高光束质量的激光器，可以广泛应用于激光加工领域。

权利要求

1.一种双灯复合聚光腔，包括激光棒、泵浦灯、滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉，其特征是，所述激光棒为一只激光棒，所述泵浦灯、滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉均为两个；以激光棒为对称体，由内向外，依次为滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉，且按照对称设置；所述泵浦灯与滤紫外光管之间为同心圆结构，滤紫外光管位于泵浦灯的外面；所述铜质镀金柱面反射体和热沉均设有水冷通道。

2.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述滤紫外光管为掺杂石英材料。

3.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述滤光片上镀制有带通滤波膜系。

4.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述非金属光学滤波器的材质为石英或者蓝宝石。

5.根据权利要求1或者4所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述非金属光学滤波器的内表面为椭圆柱面或圆柱面形状。

6.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述非金属光学滤波器上镀制有带通反射滤波膜系。

7.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述热沉由高热导率金属组成，其表面进行氧化发黑处理。

8.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述铜质镀金柱面反射体的圆柱面反射面与非金属光学滤波器的椭圆柱面反射面或者圆柱面反射面形成封闭的复合反射面。

9.根据权利要求1所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述滤光片的边缘部分与铜质镀金柱面反射体之间设有高导热性的铟膜。

说明书

双灯复合聚光腔

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光器的聚光腔，特别涉及一种双灯复合聚光腔。

背景技术

[0002] 围绕着高功率YAG激光器的泵浦腔，国内激光器厂家及研究院所沿着两个方向进行了大量的研究开发工作：1.聚光效率与聚光均匀性；2.YAG激光棒热效应。

[0003] 在如何提高激光器聚光腔的聚光效率和聚光均匀性方面，针对传统的椭圆或双椭圆金属聚光腔的聚光不均匀性、反射率不够高的问题，北京工业大学提出了一种双灯漫反射陶瓷腔，武汉嘉铭激光采用了陶瓷紧包聚光腔，可以得到比传统的双椭圆聚光腔更高的聚光效率，且具有寿命长、维修方面等优点。华中科技大学的李家伟提出了紧包相交圆柱聚光腔，可以得到比普通相交园聚光腔更高的效率，以及更好的均匀性。俄罗斯最早出现玻璃椭圆聚光腔，即在石英上打孔用于聚光腔。其主要优点是在小空间体积上实现分离冷却。外表面反射可以是镜面反射，也可以是漫反射。不过镜面反射的泵浦均匀性很差，而漫反射的效果不错，主要表现在泵浦均匀性、冷却均匀性、光轴在时间上的稳定性等方面。

[0004] 在改进激光棒的热效应方面，国内相关厂家与科研院所也开展了大量的研究开发工作。早期的激光相关厂家采用了能滤紫外的激光玻璃做泵浦灯的套管滤除紫外光部分。楚天激光在液冷双灯聚光腔中，采用的是“串并”冷却水路相结合的方式，加强了激光晶体棒的冷却。北京工业大学也有相关的设计。另外，通过在激光棒的侧面刻螺纹线，可以增大晶体与冷却液的接触面积，同时改变了对流传热的方式，有效地降低了棒的热效应。

[0005] 2003年华北光电所提出了一种玻璃空腔外表面镀反射层，聚光腔外壁镀制半透半反膜，将无用的远红外波段光及紫外波段光滤出。达到降低工作物质热效应的目的。有用的波段的光，则通过在反射层的外部镀保护铜层以确保反射效果。

[0006] 上光所提出了一种激光器聚光腔，核心部分就是在传统的椭圆型聚光腔轴线方向插入一滤光片，可以将泵浦光中对激光工作物质主要产生热量的波段滤除，降低工作物质的热效应。

[0007] 在华北光电所的方案中，一方面由于所镀制的光学薄膜反射层存在与入射角度相关联的关系，对有用波段的光的反射作用有限，另一方面铜质材料本身对于远红外波段光也存在反射的问题。在上光所的方案中，滤光片确实可以将激光工作物质内产生热量的波段内的泵浦辐射进行反射，但是，反射后的光能量没有有效的释放通道，必然引起铜质内壁反射层温度上升，以及滤光片的温升，导致镀金反射层老化加快，通过多次漫反射，必然会有部分产生热量的波段内的泵浦辐射再次进入激光棒中。

发明内容

[0008] 本发明中，采用了将铜质镀金柱面反射体的柱面反射面与非金属光学滤波器的椭圆柱面或者圆柱面反射面形成完整的复合反射面。可以得到比传统的双椭圆结构更好的能量反射效果，使激光棒内泵浦光得到均匀的能量分布。同时，采用滤紫外光管+滤光片+非金属光学滤波器+热沉技术，使泵浦灯所产生的光波分离，形成两个方向上的光波能量流动，对发射激光有用的光能沿着“泵浦灯→激光棒”方向流动，有效聚焦到激光棒上；而对发射激光没有用的光波能量，则沿着“泵浦灯/滤光片→滤波器→热沉”方向流动，被热沉吸收。

[0009] 本发明创造性地在减小激光棒热效应的同时，可以得到比传统的双椭圆结构更好的能量分布均匀性。使得激光器的转换效率提高，激光输出功率提高，光束质量变好。

[0010] 本发明的目的，就是为了克服现有技术的缺陷，经潜心研究，提供一种高功率激光器的双灯复合聚光腔。

[0011] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：

[0012] 所述的双灯复合聚光腔，包括激光棒、泵浦灯、滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉，其特征是，所述激光棒为一只激光棒，所述泵浦灯、滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉均为两个；以激光棒为对称体，由内向外，依次为滤紫外光管、滤光片、铜质镀金柱面反射体、非金属光学滤波器、热沉，且按照对称设置；所述泵浦灯与滤紫外光管之间为同心圆结构，滤紫外光管位于泵浦灯的外面；所述铜质镀金柱面反射体和热沉均设有水冷通道。

[0013] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述滤紫外光管为掺杂石英材料，能有效吸收泵浦灯所发射的紫外光波。

[0014] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述滤光片上镀制有带通滤波膜系，能反射对泵浦激光无用的光波，能透射对泵浦激光有用的光波。

[0015] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述非金属光学滤波器的材质为石英或者蓝宝石。

[0016] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述非金属光学滤波器的内表面为椭圆柱面或圆柱面形状。

[0017] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述非金属光学滤波器上镀制有带通反射滤波膜系，能反射对泵浦激光有用的光波，能透射对泵浦激光无用的光波。

[0018] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述热沉由高热导率金属组成，其表面进行氧化发黑处理，能有效吸收透过非金属光学滤波器的光波，而没有剩余反射。

[0019] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述铜质镀金柱面反射体的圆柱面反射面与非金属光学滤波器的椭圆柱面反射面或者圆柱面反射面形成封闭的复合反射面。

[0020] 所述的一种双灯复合聚光腔，其特征在于：所述滤光片的边缘部分与铜质镀金柱面反射体之间设有高导热性的铟膜。

[0021] 由于采用了以上技术方案，本发明的有益效果在于：

[0022] 1.本发明使泵浦光源的能量在聚光腔内形成两个方向的能量流：对泵浦激光有用的光能沿着“泵浦灯→激光棒”方向流动，有效聚焦到激光棒上；而对发射激光没有用的光能，则沿着“泵浦灯/滤光片→滤波器→热沉”方向流动，被热沉吸收。

[0023] 2.与传统的双椭圆柱聚光腔相比较，具有更好的能量分布均匀性。从而使激光输出模式更好。

[0024] 3.与传统的陶瓷腔和双椭圆柱铜质聚光腔相比较，由于进入激光棒的产生热能的能量大大减小，从而有效改善了激光由于温度上升产生的热淬灭。提高了激光转换效率，提高了激光输出功率。

[0025] 4.本发明配合适当的腔型设计，可广泛地应用于高功率激光加工，特别是为千瓦级激光切割机，提供了高功率、高光束质量的激光器。

附图说明

[0026] 图1双灯复合聚光腔结构示意图

具体实施方式

[0027] 一种双灯复合聚光腔，包括激光棒1、泵浦灯2-1和泵浦灯2-2、铜质镀金柱面反射体3-1和铜质镀金柱面反射体3-2、滤紫外光管4-1和滤紫外光管4-2、滤光片5-1和滤光片5-2、非金属光学滤波器6-1和非金属光学滤波器6-2、热沉7-1和热沉7-2，滤光片5-1和滤光片5-2为双面抛光的石英材质，镀制有带通滤波膜系，能反射对发射激光无用的光波，能透射对发射激光有用的光波，非金属光学滤波器6-1和非金属光学滤波器6-2非金属光学滤波器的材质为石英或者蓝宝石，内表面加工成光学抛光面，面型为椭圆柱面，镀制有带通反射滤波膜系，能反射对发射激光有用的光波，能透射对发射激光无用的光波。

[0028] 泵浦灯2-1和泵浦灯2-2所发射的光，分别经过紫外滤光管4-1和4-2紫外滤光管过滤后，再分别经过由铜质镀金柱面反射体3-1和铜质镀金柱面反射体3-2、滤光片5-1和滤光片5-2、非金属光学滤波器6-1和非金属光学滤波器6-2所组成的反射-透射滤波系统，形成两个方向的能量流：对激光泵浦有用的光波能量流8-1、对激光泵浦有用的光波能量流8-2和对激光泵浦无用的光波能量流9-1、对激光泵浦无用的光波能量流9-2。对激光泵浦有用的光波能量流8-1和对激光泵浦有用的光波能量流8-2则分别经过铜质镀金柱面反射体3-1和铜质镀金柱面反射体3-2的圆柱面反射面反射、非金属光学滤波器6-1和非金属光学滤波器6-2所组成的反射聚焦面反射聚焦，分别入射到激光棒1中；对激光泵浦无用的光波能量流9-1和对激光泵浦无用的光波能量流9-2则分别经过滤光片5-1和滤光片5-2的反射、铜质镀金柱面反射体3-1的圆柱面反射面和铜质镀金柱面反射体3-2的圆柱面反射面反射、非金属光学滤波器6-1和非金属光学滤波器6-2的透射，分别由热沉7-1和热沉7-2吸收。热沉7-1和热沉7-2所吸收的热量由各自水冷通道10-1和水冷通道10-2中的冷却水流带走，铜质镀金柱面反射体3-1和铜质镀金柱面反射体3-2由各自内部水冷通道10-3和水冷通道10-4进行冷却。滤光片5-1、滤光片5-2分别与铜质镀金柱面反射体
3-1和铜质镀金柱面反射体3-2之间设有铟膜11-1、铟膜11-2、铟膜11-3和铟膜11-4。

[0029] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。