LD侧泵Nd:YAG激光器谐振腔的研究

论文摘要

激光打标是目前工业产品标记的最先进技术,广泛的应用于钢铁、汽车、电子、航空航天、机械、冶金、船舶等相关加工领域。激光可以在平面或者弧面上打印各种文字、符号和图案,高速打标可在生产线上实现实时打标,具有打标精度高、加工速度快等优点。目前用于打标的激光器主要有Nd:YAG激光器和CO2激光器,Nd:YAG激光器最适合在金属等材料上进行高清晰度的标记,目前市场需求量最大的激光打标机配置是输出功率为50W的LD侧泵Nd:YAG激光器,本论文提出并完成50W的LD侧泵Nd:YAG激光器的设计方案和相关参数研究。首先是LD侧泵Nd:YAG激光器谐振腔的设计,对LD侧泵Nd:YAG晶体的热透镜效应进行了研究,得到热透镜焦距的公式;基于晶体热透镜效应的模型和高斯光束的光线传输矩阵原理建立带热透镜效应的LD侧泵Nd:YAG激光谐振腔模型,再根据这个模型详细推导出不同谐振腔内传输矩阵以及晶体参数、热透镜焦距、腔形参数与输出功率数值关系。第二部分是50W的LD侧泵Nd:YAG激光器的整体结构设计,根据需求输出功率值计算出激光晶体参数,选择合适的LD侧泵模块;根据稳区判断方法选择出合适的腔长参数范围和输出镜透过率值。第三部分是基于热透镜模型和光线传输ABCD矩阵用Matlab对平平腔、平凸腔、平凹腔的稳区、谐振腔内高斯光束传输规律、输出镜和晶体主平面表面的光斑半径进行数值模拟分析,得到最稳定的谐振腔腔形、输出功率最大的谐振腔腔形和输出光束发散角最小的谐振腔腔形。第四部分是实验分析LD侧泵Nd:YAG激光器中对称腔的腔长、激光晶体冷却温度和输出镜的透过率对输出功率的影响,得到最佳腔长、最佳水冷温度和最佳透过率值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的研究目的和主要内容
• 2 LD 侧泵Nd:YAG 激光器谐振腔设计
• 2.1 晶体的选择
• 2.2 泵浦方式的选择
• 2.3 腔形的选择
• 2.4 本章小结
• 3 LD 侧泵Nd:YAG 激光器的设计
• 3.1 LD 侧泵Nd:YAG 激光器结构
• 3.2 LD 侧泵Nd:YAG 激光器输出参数分析
• 3.3 本章小结
• 4 LD 侧泵Nd:YAG 激光器的数值模拟和计算
• 4.1 稳区分布模拟
• 4.2 谐振腔内高斯光束变化规律模拟
• 4.3 晶体和输出镜表面光斑变化规律模拟
• 4.4 本章小结
• 5 测试研究与实验结果分析
• 5.1 输出功率随腔长的变化
• 5.2 输出功率随水冷温度的变化
• 5.3 输出功率随输出镜透过率的变化
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 部分程序代码