專利名稱：多燈單棒固體激光器及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多燈單棒固體激光器及使用方法。
背景技術(shù)：
以釔鋁石榴石晶體棒或紅寶石晶體棒為工作物質(zhì)的固體激光器，其主要結(jié)構(gòu)還包括作為激勵(lì)能源的光泵和光學(xué)諧振腔。光泵也稱為泵浦光源，通常是由激光電源驅(qū)動(dòng)的氙燈、氪燈。光泵的強(qiáng)光照射在晶體棒上，實(shí)現(xiàn)晶體棒的工作物質(zhì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、產(chǎn)生激光。光學(xué)諧振腔兩端相互平行的反射鏡的反射作用使受激輻射連續(xù)進(jìn)行并不斷給光子加速；最后輸出激光。固體激光器輸出能量高，造價(jià)經(jīng)濟(jì)、體積小、運(yùn)行費(fèi)低。在激光加工、激光武器等方面有重要應(yīng)用。例如YAG固體激光器(即釔鋁石榴石固體激光器)多用于板材切割。目前泵浦光源的氙燈或氪燈瞬時(shí)功率和平均功率都不高。因?yàn)楸闷止庠此矔r(shí)功率不高，就限制了單個(gè)YAG激光器輸出脈沖的峰值；因?yàn)楸闷止庠雌骄β什桓撸蚕拗屏嗣}沖激光器高峰值功率的激光脈沖的重復(fù)頻率。這兩個(gè)因素嚴(yán)重制約了固體激光器激光切割的深度和速度?，F(xiàn)有的YAG固體激光器大多是用于5mm以下板材切割，且速度較慢。而在厚板切割、高速切割不得不選擇C02激光器，但C02激光器的造價(jià)高、體積龐大、運(yùn)行費(fèi)用高，極不經(jīng)濟(jì)。在氙燈或氪燈工藝沒有質(zhì)的突破的情況下，如何使泵浦光源瞬間功率倍增、使固體激光器輸出的高峰值功率激光脈沖重復(fù)頻率倍增，以及延長(zhǎng)氙燈或氪燈壽命是激光加工行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上述幾點(diǎn)即可大幅提升固體激光器切割厚度、速度、延長(zhǎng)泵浦光源壽命、降低運(yùn)行費(fèi)用，固體激光器將可在眾多應(yīng)用場(chǎng)合、特別是板材切割場(chǎng)合取代昂貴的C02 激光器，意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種多燈單棒固體激光器，N支泵浦燈圍繞著一支晶體棒對(duì)稱、均布在聚光腔內(nèi)，各燈連接激光電源，以使晶體棒得到的光能倍增，或者降低各燈的工作頻率，以提高激光器的功率和延長(zhǎng)泵浦燈的壽命。本發(fā)明的另一目的是設(shè)計(jì)上述多燈單棒固體激光器的使用方法，上位控制器控制 N支泵浦燈的激光電源，各泵浦燈交替工作或者以較小功率同步工作。本發(fā)明設(shè)計(jì)的多燈單棒固體激光器包括晶體棒、泵浦燈、聚光腔體和反射鏡，所述晶體棒為釔鋁石榴石晶體棒或紅寶石晶體棒，所述泵浦燈為氙燈或氪燈，晶體棒安裝于聚光腔體的中心，經(jīng)聚光腔體兩端的晶體棒端口固定，泵浦燈也安裝于聚光腔體內(nèi)與晶體棒平行，經(jīng)聚光腔體兩端的燈電極接口與激光電源連接。聚光腔體內(nèi)壁有反光瓦。在聚光腔體兩端安裝有前、后反射鏡，冷卻液循環(huán)管道位于聚光腔體外側(cè)，有冷卻液管道接口與外部冷卻液循環(huán)系統(tǒng)連接。本發(fā)明的固體激光器有N支相同的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱、均勻排布，N為正整數(shù)，3 < N ^ 20，各泵浦燈的激光電源連接上位控制器。
每支泵浦燈連接一臺(tái)激光電源，或者一組串聯(lián)的2 5支泵浦燈連接一臺(tái)激光電源。各激光電源均連接上位控制器。本發(fā)明多燈單棒固體激光器的使用方法為上位控制器將N支相同的泵浦燈分為M 組，M為N的正約數(shù)，每組有N/M支泵浦燈，根據(jù)期望激光器輸出的激光所需要的泵浦光能控制M組泵浦燈的激光電源，當(dāng)激光器輸出激光脈沖所需的泵浦能量的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以M個(gè)為一段，控制M組中的各支泵浦燈按頻率(1/M)F、單脈沖泵浦功率為(M/N)W、脈沖寬度為t、每組順序分別在每段的第i個(gè)脈沖時(shí)工作，i為各組泵浦燈的組序號(hào)。當(dāng)需要激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W，上位控制器控制M組各支泵浦燈按泵浦功率(M/N) W、每組持續(xù)T時(shí)段、M次循環(huán)輪流工作；或者上位控制器控制各支泵浦燈按泵浦功率(1/N)W同步工作。T為20毫秒 60分鐘，由上位控制器確定，在泵浦燈達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫升之前切換。當(dāng)N/M > 2時(shí)，每組的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱、均勻分布。當(dāng)M = 1，在激光器輸出脈沖激光所需泵浦頻率F、單脈沖泵浦功率W、脈沖寬度為 t時(shí)，控制各支泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率W/N、脈沖寬度為t同步工作。當(dāng)M = N，在激光器輸出激光所需泵浦能量的頻率F、單脈沖泵浦功率W、脈沖寬度為t時(shí)，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以N個(gè)為一段，控制各支泵浦燈按頻率(1/N)F、 各組單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t、順序分別在每段的第i個(gè)脈沖時(shí)工作，i為各泵浦燈的序號(hào)；在需要激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W，上位控制器控制各支泵浦燈按泵浦功率W、每支燈輪流持續(xù)工作T時(shí)段，T為20毫秒 60分鐘，由上位控制器確定。另一種多燈單棒固體激光器的使用方法為雙燈單棒固體激光器的使用方法，雙燈單棒固體激光器有2支相同的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱排布，2泵浦燈的激光電源連接上位控制器；當(dāng)激光器輸出激光脈沖所需的泵浦能量的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以2個(gè)為一段，控制2支泵浦燈按頻率F/2、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t、交替在每段的第i個(gè)脈沖工作，i為各支泵浦燈的序號(hào)。當(dāng)需要激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W，上位控制器控制2支泵浦燈按泵浦功率W、每支燈持續(xù)工作T時(shí)段，2支燈交替工作。T為20毫秒 60分鐘，由上位控制器確定。本發(fā)明多燈單棒固體激光器及使用方法的優(yōu)點(diǎn)為1、通過N支泵浦燈交替或同步組合工作，在輸出激光頻率和平均功率相同的前提下，可以降低每支泵浦燈的工作頻率和/ 或降低其平均功率；從而成倍地延長(zhǎng)泵浦光源的壽命；2、激光器具有N支泵浦燈，雖然單支泵浦燈的功率沒有改變，通過多支泵浦燈的同步工作，激光器可獲得倍增的泵浦功率，輸出激光功率倍增；3、本發(fā)明可用于激光切割等設(shè)備，可使切割速度和厚度大幅提升。


圖1為本多燈單棒固體激光器實(shí)施例1整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A向剖面圖；圖3為圖1的B-B向剖面圖；圖4為本多燈單棒固體激光器實(shí)施例2聚光腔體橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本多燈單棒固體激光器實(shí)施例1電路連接示意圖；圖6為本多燈單棒固體激光器實(shí)施例2電路連接示意圖7為本多燈單棒固體激光器使用方法實(shí)施例1命令脈沖與輸出脈沖示意圖；圖8為本多燈單棒固體激光器使用方法實(shí)施例2命令脈沖與輸出脈沖示意圖；圖9為本多燈單棒固體激光器使用方法實(shí)施例3命令脈沖與輸出脈沖示意圖；圖10為本多燈單棒固體激光器使用方法實(shí)施例4命令脈沖與輸出脈沖示意圖；圖11為本多燈單棒固體激光器使用方法實(shí)施例5命令脈沖與輸出脈沖示意圖。圖內(nèi)標(biāo)號(hào)為1、聚光腔體，2、冷卻液管道接口，2-1、冷卻液循環(huán)管道，3、燈電極接口，4、晶體棒端口，5、反射鏡，6、晶體棒，7、泵浦燈，8、反光瓦。
具體實(shí)施例方式多燈單棒固體激光器實(shí)施例1如圖1至圖3及圖5所示，本例包括晶體棒6、泵浦燈7、聚光腔體1和反射鏡5， 所述晶體棒6為釔鋁石榴石晶體棒，所述泵浦燈7為氙燈，一根晶體棒6安裝于聚光腔體1 的中心，經(jīng)聚光腔體1兩端的晶體棒端口 4固定，4支相同的泵浦燈7安裝于聚光腔體1內(nèi)、 與晶體棒6平行、環(huán)繞晶體棒6對(duì)稱、均勻排布，泵浦燈7經(jīng)聚光腔體1兩端的燈電極接口 3與激光電源連接。聚光腔體1內(nèi)壁有反光瓦8。在聚光腔體1前、后安裝有反射鏡5，冷卻液循環(huán)管道2-1位于聚光腔體1外側(cè)，有冷卻液管道接口 2與外部冷卻液循環(huán)系統(tǒng)連接。 每支泵浦燈7連接一臺(tái)激光電源，4臺(tái)激光電源連接上位控制器。多燈單棒固體激光器實(shí)施例2本例的晶體棒6、泵浦燈7、聚光腔體1、冷卻液循環(huán)管道2-1、反光瓦8及反射鏡5 的安裝與實(shí)施例1類似，所述晶體棒6為紅寶石晶體棒，所述泵浦燈7為氪燈。如圖4所示， 6支相同的泵浦燈7安裝于聚光腔體1內(nèi)、與晶體棒6平行、環(huán)繞晶體棒6對(duì)稱、均勻排布。 6支泵浦燈7按圓周順序標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)l至L6，分為3組，即Ll和L4、L2和L5及L3和L6。如圖6所示，每組的2支泵浦燈7串聯(lián)、連接一臺(tái)激光電源，3臺(tái)激光電源連接上位控制器。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例1本例使用上述多燈單棒固體激光器實(shí)施例1。本例上位控制器將4支相同的泵浦燈分為2組，4支泵浦燈按圓周順序標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)l 至L4，即第一組為L(zhǎng)l和L3，第二組為L(zhǎng)2和L4。根據(jù)期望激光器輸出的激光脈沖所需泵浦光能脈沖，上位控制器的命令脈沖如圖 7的D所示，曲線D脈沖的頻率F和單個(gè)脈沖的寬度t表征期望激光器輸出的激光脈沖所需的泵浦脈沖的形狀，脈沖的高度表征期望激光器輸出的激光脈沖所需的單脈沖泵浦功率。 上位控制器根據(jù)本激光器泵浦燈分組情況，確定各組中每支泵浦燈按頻率F/2、單脈沖泵浦功率為W/2、脈沖寬度為t工作。上位控制器將D的脈沖以2個(gè)為一段，第一組在每段的第一個(gè)脈沖工作，上位控制器發(fā)送給第一組Ll的激光電源1和L3的激光電源3的驅(qū)動(dòng)命令相同，如圖7的Dl所示，即激光電源1和3的驅(qū)動(dòng)命令脈沖串為頻率F/2、單脈沖泵浦功率為W/2、脈沖寬度為t，第一組Ll和L3輸出的泵浦光脈沖相同，如圖7的Ql所示，光脈沖的寬度t、頻率F與命令脈沖相同，并按激光電源1、3的命令脈沖高度決定單個(gè)脈沖的高度，即單脈沖泵浦功率的大小。與第一組相類似，第二組在每段的第二個(gè)脈沖工作，第二組L2的激光電源2和L4 的激光電源4得到的驅(qū)動(dòng)命令相同，如圖7的D2所示，第二組L2和L4輸出的泵浦光脈沖相同，如圖7的Q2所示；本例激光器晶體棒得到的泵浦光脈沖如圖7的Q所示，激光器輸出的激光脈沖如圖7的J所示。上位控制器的驅(qū)動(dòng)命令脈沖串也可以是脈沖寬度、頻率的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平信號(hào)，脈沖的高度則由上位控制器以模擬量或數(shù)字量接口方式提供給激光電源，激光電源按上位控制器的驅(qū)動(dòng)命令脈沖串確定所接泵浦燈輸出光脈沖的寬度、頻率，并按上位控制器提供的高度信號(hào)控制泵浦燈光脈沖的高度。各激光電源也可設(shè)定所接泵浦燈的光脈沖的高度，按上位控制器的驅(qū)動(dòng)命令脈沖串確定所接泵浦燈輸出光脈沖的寬度、頻率，并按設(shè)定高度控制泵浦燈光脈沖的高度。作為對(duì)比例，相同釔鋁石榴石晶體棒和相同的氙燈構(gòu)成的雙燈單棒固體激光器氙燈，二泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率為W/2同步工作，晶體棒獲得的泵浦光脈沖為頻率 F、脈沖寬度t、單脈沖泵浦功率W，對(duì)比例激光器實(shí)際輸出光脈沖的平均功率為1。而本例各燈泵浦光源只需按頻率F/2、單脈沖泵浦功率W/2工作，雖然反光瓦反光效率低于雙燈單棒結(jié)構(gòu)的固體激光器，晶體棒實(shí)際獲得的泵浦光脈沖為頻率F、脈沖寬度 t、單脈沖泵浦功率為0. 9W，本例激光器實(shí)際輸出光脈沖的平均功率為0. Qff10但因本激光器對(duì)各燈的平均功率要求降低了，且各燈間歇工作，壽命延長(zhǎng)一倍以上，故本例固體激光器的制作成本和運(yùn)行成本都顯著降低。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例2本例使用上述多燈單棒固體激光器實(shí)施例1。本例上位控制器以4支泵浦燈為1組，4支泵浦燈4按圓周順序標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)l至L4。根據(jù)期望激光器輸出激光的脈沖所需泵浦光能的命令脈沖，上位控制器的命令脈沖如圖8的D所示，其頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t。各支泵浦燈按頻率F、 單脈沖泵浦功率為W/4、脈沖寬度為t同步工作，各支泵浦燈的激光電源所得的驅(qū)動(dòng)命令均相同，如圖8的Dl所示；各支泵浦燈輸出的泵浦光脈沖均相同，如圖8的Ql所示，激光器晶體棒得到的泵浦光脈沖如圖7的Q所示，本例激光器輸出的激光脈沖如圖8的J所示。作為對(duì)比例，相同的晶體棒和相同的泵浦燈構(gòu)成的單燈單棒固體激光器，泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率為W/4、脈沖寬度為t工作，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光脈沖為頻率 F、脈沖寬度為t、單脈沖泵浦功率為W/4，對(duì)比例激光器輸出激光脈沖的平均功率為I。而本例各支泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率為W/4、脈沖寬度為t工作，計(jì)入反光損耗，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光脈沖為頻率F、脈沖寬度為t、單脈沖泵浦功率為0. 9W，本例激光器輸出激光脈沖的平均功率達(dá)3. 6Wi，遠(yuǎn)高于對(duì)比例。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例3本例使用上述多燈單棒固體激光器實(shí)施例1。本例上位控制器以4支相同的泵浦燈分為4組，每組1支泵浦燈，按圓周順序標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)l至L4。根據(jù)期望激光器輸出激光脈沖所需泵浦光能的命令脈沖，上位控制器的命令脈沖如圖9的D所示，其頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t。各支泵浦燈按頻率F/4、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t工作，上位控制器將D 的脈沖以4個(gè)為一段，泵浦燈Ll在每段的第一個(gè)脈沖工作，激光電源1所得的驅(qū)動(dòng)命令如圖9的Dl所示，Ll輸出的泵浦光脈沖如圖9的Ql所示；L2在每段的第二個(gè)脈沖工作，激光電源2所得的驅(qū)動(dòng)命令如圖9的D2所示，L2輸出的泵浦光脈沖如圖9的Q2所示；L3在每段的第三個(gè)脈沖工作，激光電源3所得的驅(qū)動(dòng)命令如圖9的D3所示，L3輸出的泵浦光脈沖如圖9的Q3所示；L4在每段的第四個(gè)脈沖工作，激光電源4所得的驅(qū)動(dòng)命令如圖9的D4 所示，L4輸出的泵浦光脈沖如圖9的Q4所示；本例晶體棒實(shí)際得到的泵浦光脈沖如圖9的 Q所示，激光器輸出的激光脈沖如圖9的J所示。作為對(duì)比例，相同的晶體棒和相同的泵浦燈構(gòu)成的單燈單棒固體激光器，泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率W、脈沖寬度為t工作，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光脈沖為頻率F、脈沖寬度t、單脈沖泵浦功率為W，對(duì)比例激光器輸出激光脈沖的平均功率為Wp而本例各支泵浦燈按頻率F/4、單脈沖泵浦功率W工作，計(jì)入反光損耗，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光脈沖為頻率F、脈沖寬度t、單脈沖泵浦功率為0. 9W，本例激光器輸出激光脈沖的平均功率達(dá)OJW1。因本例各燈工作時(shí)間僅為對(duì)比例的1/4，燈的壽命延長(zhǎng)數(shù)倍。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例4本例使用上述多燈單棒固體激光器實(shí)施例2。本例上位控制器將6支相同的泵浦燈分為3組，每組2支泵浦燈，按圓周順序標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)l至L6。那么第一組為L(zhǎng)l和L4，第二組為L(zhǎng)2和L5，第二組為L(zhǎng)3和L6。根據(jù)期望激光器輸出的激光脈沖所需的泵浦光能，上位控制器的命令脈沖如圖10的D所示，其頻率為F、 單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t。各組中每支泵浦燈按頻率F/3、單脈沖泵浦功率W/2、 脈沖寬度為t工作，各組的兩支泵浦燈連接一臺(tái)激光電源，上位控制器將D的脈沖以3個(gè)為一段，第一組在每段的第一個(gè)脈沖工作，上位控制器發(fā)送給激光電源1的驅(qū)動(dòng)命令如圖10 的Dl所示，第一組串聯(lián)的Ll和L4由激光電源1得到的驅(qū)動(dòng)命令相同，第一組Ll和L4輸出的泵浦光脈沖相同，如圖10的Ql所示；同理，第二組在每段的第二個(gè)脈沖工作，上位控制器發(fā)給激光電源2的驅(qū)動(dòng)命令如圖10的D2所示，第二組串聯(lián)的L2和L5由激光電源2得到的驅(qū)動(dòng)命令相同，第二組L2和L5輸出的泵浦光脈沖相同，如圖10的Q2所示；第三組在每段的第三個(gè)脈沖工作，上位控制器發(fā)給激光電源3的驅(qū)動(dòng)命令如圖10的D3所示，第三組串聯(lián)的L3和L6由激光電源3得到的驅(qū)動(dòng)命令相同，第三組L3和L6輸出的泵浦光脈沖相同，如圖10的Q3所示；本例激光器晶體棒得到的泵浦光脈沖如圖10的Q所示，激光器輸出脈沖如圖10的J所示。作為對(duì)比例，相同的晶體棒和相同的泵浦燈構(gòu)成的雙燈單棒固體激光器，泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率W/2、脈沖寬度為t工作，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光脈沖為頻率F、 脈沖寬度t、單脈沖泵浦功率為W，對(duì)比例激光器輸出激光脈沖的平均功率為Wp而本例各支泵浦燈按頻率F/3、單脈沖泵浦功率W/2、脈沖寬度為t工作，計(jì)入反光損耗，晶體棒實(shí)際得到的的泵浦光脈沖為頻率F、脈沖寬度t、單脈沖泵浦功率為0. 85W，本例激光器輸出激光脈沖的平均功率達(dá)0.851”因本例各燈工作時(shí)間僅為對(duì)比例的1/3，燈的壽命延長(zhǎng)數(shù)倍。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例5本例使用上述多燈單棒固體激光器實(shí)施例1。本例上位控制器將4支相同的泵浦燈分為2組，4支泵浦燈按圓周順序標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)l 至L4，即第一組為L(zhǎng)l和L3，第二組為L(zhǎng)2和L4。根據(jù)期望激光器輸出連續(xù)激光需要平均功率為W的持續(xù)泵浦光能，上位控制器的命令如圖11的D所示，上位控制器的命令為按平均功率為W持續(xù)工作。各組輪流持續(xù)工作 10分鐘，各組中每支泵浦燈工作時(shí)平均功率為W/2。第一組Ll的激光電源1和L3的激光電源3在第一個(gè)十分鐘得到的驅(qū)動(dòng)命令相同，如圖11的Dl所示，第一組Ll和L3在第一個(gè)十分鐘持續(xù)分別輸出平均功率W/2的泵浦光，如圖11的Ql所示；第二組L2的激光電源2 和L4的激光電源4在第二個(gè)十分鐘得到的驅(qū)動(dòng)命令相同，如圖11的D2所示，第二組L2和 L4在第二個(gè)十分鐘持續(xù)分別輸出平均功率W/2的泵浦光，如圖11的Ql所示；本例激光器晶體棒持續(xù)同時(shí)得到2支W/2的泵浦燈持續(xù)的泵浦光照射。為了保證氙燈迅速啟動(dòng)達(dá)到所需泵浦功率，在各組泵浦燈不工作時(shí)，上位控制器仍給相應(yīng)的激光電源維持命令，各泵浦燈以維持功率處于待啟動(dòng)狀態(tài)。維持功率根據(jù)泵浦燈的參數(shù)決定，對(duì)于氙燈維持功率為工作功率的 0. 1%，對(duì)于氪燈維持功率為工作功率的15% 20%。作為對(duì)比例，相同的晶體棒和相同的泵浦燈構(gòu)成的雙燈單棒固體激光器，每支泵浦燈按功率W/2持續(xù)工作，晶體棒得到的泵浦光照平均功率為W，輸出連續(xù)激光功率Wp而本例各支泵浦燈按功率W/2工作，各燈工作十分鐘后可休息個(gè)十分鐘。計(jì)入反光損耗，晶體棒實(shí)際得到的光照的平均功率達(dá)0. 9W，輸出連續(xù)激光功率0. Qff10因本例各燈工作時(shí)間僅為對(duì)比例的1/2，故燈的壽命成倍延長(zhǎng)。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例6本例使用上述多燈單棒固體激光器實(shí)施例1。本例上位控制器以4支相同的泵浦燈為1組，根據(jù)期望激光器輸出的連續(xù)激光需要平均功率為W的持續(xù)泵浦光能，上位控制器的命令為按平均功率W待續(xù)工作。各支泵浦燈按平均功率W/4同步連續(xù)工作，各支泵浦燈的激光電源所得的驅(qū)動(dòng)命令均相同，各支泵浦燈輸出的光均相同，本例激光器晶體棒持續(xù)同時(shí)得到的4支泵浦燈的平均功率W的泵浦光照射。作為對(duì)比例，相同的晶體棒和相同的泵浦燈構(gòu)成的單燈單棒固體激光器，泵浦燈按功率W持續(xù)工作，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光照平均功率為W，輸出連續(xù)激光Wp而本例各支泵浦燈按平均功率W/4工作。計(jì)入反光損耗，晶體棒實(shí)際得到的泵浦光照的平均功率達(dá)0. 8W，輸出連續(xù)激光功率0. Sff10因本例各燈的所需功率僅為對(duì)比例的 1/4，故燈的成本成倍降低、燈的壽命成倍延長(zhǎng)。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例7本例使用雙燈單棒固體激光器，雙燈單棒固體激光器有2支相同的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱排布，2泵浦燈的激光電源連接上位控制器；當(dāng)激光器輸出激光脈沖所需的泵浦能量的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以 2個(gè)為一段，控制2支泵浦燈按頻率F/2、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t、交替在每段的第i個(gè)脈沖工作，i為各支泵浦燈的序號(hào)。多燈單棒固體激光器的使用方法實(shí)施例8本例與實(shí)施例7使用相同的雙燈單棒固體激光器，當(dāng)需要激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W，上位控制器控制2支泵浦燈按泵浦功率W、每支燈持續(xù)工作5分鐘、2支燈交替工作。上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體
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權(quán)利要求
1.多燈單棒固體激光器，包括晶體棒(6)、泵浦燈(7)、聚光腔體(1)和反射鏡(5)，所述晶體棒(6)為釔鋁石榴石晶體棒或紅寶石晶體棒，所述泵浦燈(7)為氙燈或氪燈，晶體棒 (6)安裝于聚光腔體(1)的中心，經(jīng)聚光腔體(1)兩端的晶體棒端口(4)固定，泵浦燈(7) 也安裝于聚光腔體⑴內(nèi)與晶體棒(6)平行，經(jīng)聚光腔體⑴兩端的燈電極接口(3)與激光電源連接，聚光腔體(1)內(nèi)壁有反光瓦(8)；在聚光腔體(1)兩端安裝有前、后反射鏡(5)， 冷卻液循環(huán)管道(2-1)位于聚光腔體(1)外側(cè)，有冷卻液管道接口(2)與外部冷卻液循環(huán)系統(tǒng)連接；其特征在于所述固體激光器有N支相同的泵浦燈(7)環(huán)繞晶體棒(6)對(duì)稱、均勻排布，N為正整數(shù)， 3 ^ N ^ 20 ；各泵浦燈(7)的激光電源連接上位控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多燈單棒固體激光器，其特征在于所述每支泵浦燈(7)連接一臺(tái)激光電源，或者一組串聯(lián)的2 5支泵浦燈(7)連接一臺(tái)激光電源，各激光電源連接上位控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多燈單棒固體激光器的使用方法，其特征在于所述上位控制器將N支泵浦燈分為M組，M為N的正約數(shù)，每組有N/M支泵浦燈，上位控制器根據(jù)期望激光器輸出的激光所需的泵浦光能控制M組泵浦燈的激光電源，當(dāng)激光器輸出激光脈沖所需的泵浦能量的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以M個(gè)為一段，控制M組中的各支泵浦燈按頻率(1/M) F、單脈沖泵浦功率(M/N)W、脈沖寬度為t、每組順序分別在每段的第i個(gè)脈沖時(shí)工作，i為各組泵浦燈的序號(hào)；當(dāng)激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦光能功率為W，上位控制器控制M組的各支泵浦燈按泵浦功率(1/N) W同步工作或者M(jìn)組泵浦燈每支燈按(M/N)泵浦功率W、每組持續(xù)T時(shí)段、M 次循環(huán)輪流工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多燈單棒固體激光器的使用方法，其特征在于所述T為20毫秒 60分鐘，由上位控制器確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多燈單棒固體激光器的使用方法，其特征在于當(dāng)N/M > 2時(shí)，每組的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱、均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多燈單棒固體激光器的使用方法，其特征在于當(dāng)M = 1，在激光器輸出脈沖激光所需泵浦光能的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t時(shí)，控制各支泵浦燈按頻率F、單脈沖泵浦功率W/N、脈沖寬度為t同步工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多燈單棒固體激光器的使用方法，其特征在于當(dāng)M = N，在激光器輸出激光所需泵浦光能量的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t時(shí)，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以N個(gè)為一段，控制各支泵浦燈按頻率F/N、單脈沖泵浦功率W、脈沖寬度t、順序分別在每段的第i個(gè)脈沖時(shí)工作，i為泵浦燈的序號(hào)；在激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W時(shí)，上位控制器控制各支泵浦燈按泵浦功率W、每支燈輪流持續(xù)工作T時(shí)段。
8.多燈單棒固體激光器的使用方法，所述多燈單棒固體激光器為雙燈單棒固體激光器，有2支相同的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱排布，其特征在于所述2支泵浦燈的激光電源連接上位控制器；當(dāng)激光器輸出激光脈沖所需的泵浦能量的頻率為F、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t，上位控制器將需要輸出的激光脈沖以2個(gè)為一段，控制2支泵浦燈按頻率F/2、單脈沖泵浦功率為W、脈沖寬度為t、交替在每段的第i個(gè)脈沖時(shí)工作，i為各支泵浦燈的序號(hào)；當(dāng)需要激光器輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W，上位控制器控制2支泵浦燈按泵浦功率W、每支燈持續(xù)T時(shí)段、2燈交替工作。
全文摘要
本發(fā)明為多燈單棒固體激光器及使用方法，本激光器有N支相同的泵浦燈環(huán)繞晶體棒對(duì)稱、均勻排布，N為正整數(shù)，3≤N≤20，泵浦燈的激光電源連接上位控制器。每支或串聯(lián)的一組泵浦燈連接一臺(tái)激光電源。其使用方法為上位控制器將N支泵浦燈分為M組，M為N的正約數(shù)，當(dāng)輸出脈沖激光所需泵浦能量為頻率F、單脈沖泵浦功率W、脈沖寬度t，輸出激光脈沖M個(gè)為一段，各燈按頻率F/M、單脈沖泵浦功率WM/N、脈沖寬度t、每組在每段的第i個(gè)脈沖工作，i為組號(hào)。當(dāng)輸出連續(xù)激光所需泵浦功率為W，各燈以泵浦功率WM/N、每組持續(xù)T時(shí)段、M次循環(huán)輪流工作；或各燈按功率W/N同步工作。本發(fā)明降低每支燈的工作頻率、功率，成倍延長(zhǎng)燈的壽命，或倍增泵浦功率。
文檔編號(hào)H01S3/092GK102496847SQ201110386539
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者呂虹, 吳勇強(qiáng), 彭爾康, 梁偉, 黎勇改 申請(qǐng)人:桂林星辰科技有限公司, 深圳市星辰激光技術(shù)有限公司