專利名稱：一種用于金屬深度刻蝕的固體激光器的制作方法
技術領域：
本發明屬于激光應用技術，具體涉及一種用于金屬深度刻蝕的固體激光器。
背景技術：
目前，我國的激光加工產業得到了迅猛發展，激光刻蝕是其中最為廣泛的應用之 一。激光刻蝕是利用高能量密度的激光束聚焦在材料表面上，使材料迅速溶化、濺射或汽 化，形成凹坑。隨著激光束在材料表面有規律地移動，同時控制激光的開斷，激光束就在材 料表面加工形成指定圖案。通常的激光刻蝕應用有激光打標、激光毛化、激光熱處理等。
為提高激光刻蝕效率，通常需要高脈沖能量、高脈沖峰值功率和高脈沖重復頻率 的固體激光器，并在同一臺激光器中，可選擇采用高脈沖能量進行刻蝕或采用高脈沖峰值 功率進行刻蝕。目前，用于刻蝕的激光器都是采用連續泵浦的方式，通過聲光調Q后，脈沖 峰值功率一般為十幾個千瓦，且不能在脈沖泵浦方式下工作，刻蝕效率低下，限制了激光刻
蝕技術的應用推廣。
發明內容
本發明的目的為了克服現有用于刻蝕的激光器都是采用連續泵浦的方式，通過聲
光調Q后，脈沖峰值功率一般為十幾個千瓦，且不能在脈沖泵浦方式下工作，刻蝕效率低下
的缺點，而提供一種用于金屬深度刻蝕的固體激光器，該固體激光器獲得高脈沖能量、高脈 沖峰值功率和高脈沖重復頻率，并在同一臺激光器中，可選擇高脈沖激光能量輸出或選擇 高脈沖峰值功率輸出，滿足金屬激光刻蝕的需求。 本發明的技術方案為 —種用于金屬深度刻蝕的固體激光器，由激光工作物質、泵浦氪燈、聚光腔、聲光 調Q晶體、全反鏡、輸出鏡、氪燈驅動電源、聲光驅動電源組成，氪燈驅動電源分別與聲光驅 動電源和泵浦氪燈連接成回路，聲光調Q晶體與聲光驅動電源連接成回路，激光工作物質
和泵浦氪燈安裝在聚光腔內，激光工作物質、聲光調Q晶體、全反鏡、輸出鏡安裝在同一條
激光光路上，其特征在于所述的氪燈驅動電源向氪燈輸出的調制電流為在一個泵浦周 期內，先注入氪燈一個較低電流且此電流值低于激光器的閾值電流，并維持一段時間、，然 后電流值發生突變，突變后電流值高于激光器的閾值電流，并逐漸增大直至下一個周期開 始，周期T二W 本發明提供了兩種激光脈沖輸出模式，一種是氪燈電流調制后泵浦激光工作物質 產生的自由振蕩激光脈沖，該脈沖的特點是脈沖能量大，有利于金屬激光燒蝕效應。另一種 是對上述第一種自由振蕩激光脈沖再進行Q值調制，獲得高峰值功率的激光脈沖，這樣的 激光脈沖有利于金屬的濺射效應。對于不同的金屬材料加工，可選擇相應的激光脈沖輸出。
本發明采用對注入氪燈電流進行調制的方式，使得注入氪燈電流不再是一個恒定 值，而是按設定頻率周期變化的電流。在一個變化周期內，電流先維持在一個較低值上，保 持氪燈的弧光狀態，然后注入電流突變并繼續增加，直至下個周期的開始。與注入恒定電流的傳統泵浦方式相比較，在注入相同電功率的情況下，本發明所采用的泵浦電流注入方式 可以獲得百千瓦以上的激光峰值功率和較好的光束質量。
圖1是傳統激光器所采用的注入氪燈電流波形示意圖。
圖2是本發明所采用的注入氪燈的調制電流波形示意圖。
圖3是本發明的基本結構示意圖。
具體實施例方式
結合附圖對本發明作進一步的描述。 圖1為傳統激光器所采用的注入氪燈的電流波形示意圖，橫坐標表示時間軸，縱 坐標表示注入氪燈的電流。其電流值為一恒定值，高于激光器的閾值電流，產生連續激光輸
出。通過在激光器內插入聲光調Q晶體來實現Q值調制，獲得短脈沖激光輸出，作用于金屬
材料表面，實現激光對金屬的刻蝕。 如圖3所示，本發明由激光工作物質1、泵浦氪燈2、聚光腔3、聲光調Q晶體4、全 反鏡5、輸出鏡6、氪燈驅動電源8、聲光驅動電源7組成，氪燈驅動電源8分別與聲光驅動 電源7和泵浦氪燈2連接成回路，聲光調Q晶體4與聲光驅動電源7連接成回路，激光工作 物質1和泵浦氪燈2安裝在聚光腔3內，激光工作物質1、聲光調Q晶體4、全反鏡5、輸出 鏡6安裝在同一條激光光路上，所述的氪燈驅動電源8向氪燈2輸出的調制電流為在一 個泵浦周期內，先注入氪燈一個較低電流且此電流值低于激光器的閾值電流，并維持一段 時間、，然后電流值發生突變，突變后電流值高于激光器的閾值電流，并逐漸增大直至下一 個周期開始，周期T = t一^，如圖2所示，橫坐標表示時間軸，縱坐標表示注入氪燈的電流。 在一個泵浦周期內，先注入氪燈一個較低電流，并維持一段時間^，此電流值低于激光器的 閾值電流，此時無激光輸出；然后電流值發生突變，并逐漸增大直至下一個周期開始。電流 值發生突變后高于激光器的閾值電流，能夠輸出激光。與傳統的氪燈注入電流方式相比較， 在注入氪燈電功率相同的情況下，本發明所采用的氪燈電流調制方式在t2時間內獲得較高 的電流，從而導致較高的泵浦功率，輸出較高功率的激光脈沖。此時獲得的激光脈沖是一個 長脈沖，具有大的激光能量，脈沖寬度大致等于^。通過Q開關對此激光脈沖再進行調制， Q值調制頻率與氪燈電流的調制頻率相同，并保持一定的相位關系，獲得高峰值功率的短脈 沖激光輸出。與傳統的氪燈注入方式相比，由于t2時段內較高的泵浦電流，使得激光工作 物質積累大量的反轉粒子數，輸出窄脈寬、高峰值功率的激光脈沖，實現在不增加注入氪燈 電功率的情況下，提高金屬刻蝕的效率。 本發明有兩種加工模式可供選擇，第一種模式直接采用氪燈電流調制所獲得的 長脈沖激光作用于碳鋼，不銹鋼等導熱性較低的金屬材料表面，由大能量的激光長脈沖直 接燒蝕金屬材料，使其表面發生熔化濺射，形成凹坑，獲得刻蝕效過。第二種模式通過對氪 燈電流調制所獲得的長脈沖激光再進行Q值調制，所獲得的高峰值功率激光脈沖對鋁、銅 等導熱率較高的金屬材料進行刻蝕，高峰值功率的激光作用于材料表面，使其迅速汽化形 成凹坑，獲得刻蝕效果。 氪燈驅動電源8向氪燈2注入圖2所示的調制電流，^時段，氪燈2的電流小于
4激光器的閾值電流，無激光輸出，t2時段氪燈2電流大于激光器的閾值電流，輸出激光。隨 著調制電流的周期變化，激光器輸出與調制電流頻率相同的長脈沖激光。當聲光驅動電源 7不開啟，即不向聲光晶體4發射射頻信號時，激光器工作于第一種模式，輸出長脈沖激光。 當聲光驅動電源7開啟，其聲光調制頻率與注入氪燈2的調制電流頻率相同，都由氪燈驅動 電源8提供信號，二者之間保持一定的延時，使得注入氪燈2的電流先突變并開始增大，激 光工作物質1內積累大量的反轉粒子數，然后聲光驅動電源7向聲光晶體4發出調制信號 使其"開門"，輸出高峰值功率的激光脈沖，激光器工作于第二種模式。
權利要求
一種用于金屬深度刻蝕的固體激光器，由激光工作物質、泵浦氪燈、聚光腔、聲光調Q晶體、全反鏡、輸出鏡、氪燈驅動電源、聲光驅動電源組成，氪燈驅動電源分別與聲光驅動電源和泵浦氪燈連接成回路，聲光調Q晶體與聲光驅動電源連接成回路，激光工作物質和泵浦氪燈安裝在聚光腔內，激光工作物質、聲光調Q晶體、全反鏡、輸出鏡安裝在同一條激光光路上，其特征在于所述的氪燈驅動電源向氪燈輸出的調制電流為在一個泵浦周期內，先注入氪燈一個較低電流且此電流值低于激光器的閾值電流，并維持一段時間t1，然后電流值發生突變，突變后電流值高于激光器的閾值電流，并逐漸增大直至下一個周期開始，周期T＝t1+t2。
全文摘要
本發明涉及一種用于金屬深度刻蝕的固體激光器，結構如下氪燈驅動電源分別與聲光驅動電源和泵浦氪燈連接成回路，聲光調Q晶體與聲光驅動電源連接成回路，激光工作物質和泵浦氪燈安裝在聚光腔內，激光工作物質、聲光調Q晶體、全反鏡、輸出鏡安裝在同一條激光光路上，所述的氪燈驅動電源向氪燈輸出的調制電流為在一個泵浦周期內，先注入氪燈一個較低電流且此電流值低于激光器的閾值電流，并維持一段時間t1，然后電流值發生突變，突變后電流值高于激光器的閾值電流，并逐漸增大直至下一個周期開始，周期T＝t1+t2。本發明在同一臺固體激光器中，可選擇高脈沖激光能量輸出或選擇高脈沖峰值功率輸出，滿足金屬激光刻蝕的需求。
文檔編號H01S3/0915GK101764349SQ20101002902
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者張師帥, 李萍, 田碧茹, 黃小青 申請人:武漢梅曼激光有限公司