四程抽运Yb:YAG盘式激光器

报道了激光二极管阵列(LDA)抽运Yb:YAG盘式激光器。Yb:YAG晶体掺杂浓度10-at.%,几何尺寸为Φ10mm×300μm,采用铟焊工艺将其焊接到水冷系统上,用可调式恒温水箱对其进行温度控制。利用蒙特卡罗方法对抽运光斑的大小进行了计算,将反射镜轴向与光纤头轴向夹角控制在120以内,以使抽运光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则。使用两个Φ=30mm,R=50mm的球面反射镜,完成了四程抽运。在LDA抽运功率为4.13W时,获得了最高功率为670mW的1030nm连续激光输出,光-光转换效率为16.2% 。     

四程抽运Yb:YAG薄片激光器

设计了四程抽运的Yb:YAG薄片激光器.选用掺杂原子数分数为10%,几何尺寸为Ф10 mm=300m的薄片状Yb:YAG晶体,采用铟焊工艺将其焊接到水冷系统上,用可调式恒温水箱对其进行温度控制.使用两个Ф一30 mm,R=50 mm的球面反射镜,完成了四程抽运.利用蒙特卡罗方法对抽运光斑的大小进行了计算,将反射镜轴向与光纤头轴向夹角控制在12°以内,以使抽运光斑半径与基模光斑半径比符合模式匹配原则.在LDA抽运功率为4.13 W时,获得了最高功率为670 mW的1 030 nm连续激光输出,光-光转换效率为16.2%.实验结果表明:该结构可降低激光介质的热透镜效应和应力双折射效应,获得高光束质量的激光输出,但散热系统和焊接工艺需进一步优化.     

LD端面泵浦的高输出单频Nd∶YVO_4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd∶YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd∶YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出。在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%。在腔内插入Cr4+∶YAG晶体,又获得了脉宽为100 ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出。     

基于ANSYS的熔石英玻璃激光焊接工艺研究

采用ANSYS软件的数值模拟计算,对石英玻璃在激光焊接时的温度场分布进行了仿真分析,获取了熔石英玻璃实现CO2激光焊接的工艺参数,结果显示,4W的激光功率、0.1 mm的激光光斑半径以及0.5 mm/s的激光移动速度能够实现石英玻璃薄片的焊接。     

LD端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配

以光纤耦合半导体激光器作为泵浦源,5mm长的铯蒸气池作为激光增益介质,开展了端面泵浦铯蒸气激光器的模式匹配实验研究。分析了泵浦光聚焦光斑半径和聚焦位置对铯激光输出性能的影响。以激光器的工作斜效率和光光效率为指标对各模式匹配参数进行了优化,同时对激光器的阈值泵浦功率进行了研究。结果表明:在一定的激光振荡模束腰下,存在最佳的泵浦光聚焦光斑半径使斜效率最大。此外,聚焦位置在蒸气池中央时有利于提高斜效率和光光效率。对阈值泵浦功率的研究显示,阈值泵浦功率随泵浦光聚焦光斑半径的减小而减小,而且当泵浦光聚焦于蒸气池前端时有利于降低阈值泵浦功率。基于以上研究,获得了一组最佳模式匹配参数,即泵浦光聚焦光斑半径为333μm,激光振荡模束腰为167μm,泵浦光聚焦位置位于蒸气池中央。     

激光加工用半导体激光器的光束变换

考虑不同的激光加工方式对激光功率密度和激光光斑尺寸的要求不同,研究了如何通过调整光路设计实现各种尺寸的聚焦光斑输出,使半导体激光器满足不同激光加工方式的需求.利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直、聚焦等光束变换方式,实现了多种尺寸的光斑输出.实验中采用16个bar叠加而成的980 nm半导体激光叠阵,阈值电流为6.4A,最大工作电流为84.8A,最大输出功率为1 280 W,总的电-光转换效率为58.9％.准直后快轴的发散角小于4 mrad,慢轴的发散角小于20 mrad.通过实验对该激光叠阵进行光束整形和扩束准直、聚焦,最终实现了功率为1 031 W的激光输出,聚焦镜焦距为300 mm时的聚焦光斑尺寸达1.2 mm×1.5 mm,功率密度达3.8×104 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热导型焊接.     

基于掺镁周期极化铌酸锂晶体的内腔单共振连续可调谐光参量振荡器

为了用简单、紧凑的谐振腔获得稳定的激光输出,大的调谐范围和转换效率,设计了信号光单共振V型光学参量振荡(OPO)腔,采用内腔式抽运周期极化掺镁铌酸锂晶体(PPMgLN)的光学参量振荡技术获得了连续中红外宽波段调谐激光的输出.用808 nm半导体激光抽运Nd:YVO4晶体产生的1 064 nm激光作为光参量振荡的基频光,通过V型腔灵活控制激光光斑并改变PPMgLN的极化周期和控制温度实现了2 249～3 706 nm中红外的连续宽波段调谐激光输出.在半导体激光抽运功率为10.5W,极化周期为29.98μm,控制温度为411 K的情况下获得了最高650 mW的中红外激光输出,对应的中心波长为3 466 nm,线宽为2.6 nm,具有较好的单色性.在7.5W的入射功率下,最高808 nm抽运光到闲频光的转化效率达7.73％,对应输出功率为580 mW.     

不同波长激光对激光—MAG电弧复合焊接熔滴行为的影响

通过计算分析了金属对Nd：YAG激光和CO2激光的吸收率;以8.0mm厚高强钢板为试验材料,采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化.建立脉冲MAG焊接熔滴力学模型,从熔滴受力角度分析了不同波长两种激光YAG激光和C02激光在激光—MAG焊接中对熔滴过渡形式和熔滴过渡频率的影响.结果表明,Nd：YAG激光和CO2激光输出特性存在差异,金属表面对YAG激光的吸收率约为CO2激光的3倍多;在焊接电流180A、焊接电压26V、光丝间距3mm的相同条件下,YAG激光—MAG电弧复合焊接熔滴过渡频率高于CO2激光—MAG电弧复合焊接的熔滴过渡频率,且熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而降低,但是增加等量的激光功率,YAG激光—MAG电弧复合焊接熔滴过渡频率下降幅度更大;CO2激光—MAG电弧复合焊接过程中,熔滴的过渡形式由射滴过渡转变为颗粒过渡,在YAG激光—MAG电弧复合焊接过程中,熔滴过渡形式主要为射滴过渡.     

基于Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体的被动调Q激光器

为了研究键合晶体在被动调Q激光器上的应用优势,采用Yb∶YAG/Cr~(4+)∶YAG/YAG键合晶体搭建了紧凑的端面泵浦被动调Q激光器,获得了高效的1 030nm和515nm脉冲激光。实验研究了泵浦功率和初始透过率T0对各项激光性能的影响,结果在T0=95%时得到了平均功率为1.97 W的1 030nm激光,对应33%的斜效率,而当T0=85%时输出的1 030nm脉冲峰值功率高达87kW,脉冲宽度低至3.14ns。另外在与LBO的倍频实验中,用T0=90%的键合晶体获得了较高的绿光输出功率634mW,对应11.2%的斜效率和15ns的脉冲宽度。最后还研究了光谱的红移和输出镜的漏光现象,找出进一步提高绿光功率的方法。     

DOGAL 800DP镀锌高强钢数控CO_2激光焊接工艺参数的优化

采用正交方法优化试验方案,对DOGAL 800DP镀锌高强钢进行激光焊接试验,并对激光焊接试样进行了多种焊接质量的检测。结果表明:数控CO2激光焊接1.5 mm厚镀锌高强钢时,在试验条件下保证焊缝成形、强度和质量的优化工艺参数是以氮气作为保护气体,同轴气流量为3.0 m3.h-1,激光功率1 300 W,离焦量-0.4 mm,焊接速度0.80 m.min-1,侧吹气流与水平方向成40°夹角,侧吹气流量2.1 m3.h-1。     

双包层Yb/Er共掺光纤放大器的数值模拟

对980nm抽运的双包层Yb/Er共掺光纤放大器进行了数值模拟,分析了不同功率的信号光的增益情况,计算了稳态情况下光纤中反转粒子数,抽运光功率,信号光功率沿光纤轴向的分布以及放大器的斜率效率。当信号光初值较高时,通过模拟得到的斜率效率与实验结果相近。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接参数对焊缝熔深的影响

试验研究Nd:YAG激光 脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接参数对焊缝熔深的影响.研究结果表明,复合热源焊缝熔深随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的增大而减小,并且在相同参数下,复合热源焊缝熔深稍大于激光焊缝熔深而显著大于脉冲MAG焊缝熔深.对于不同焊接电流,光丝间距在0～3 mm内复合热源焊缝取得最大熔深,且取得最大熔深的光丝间距与焊接电流大小有关;复合热源焊缝熔深在离焦量为2 mm时取得最大值.试验结果分析表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率不仅决定复合热源焊缝熔深,而且可以极大地提高焊接速度:MAG电弧也可提高Nd:YAG激光焊的热效率.     

三镜折叠腔绿光激光器热特性分析和实验研究

为了提高固体激光器的热稳定性和光斑质量,讨论了LD泵浦三镜折叠腔绿光激光器的热焦距与泵浦功率、激光晶体长度、泵浦光发散角以及泵浦光聚焦位置的关系.利用谐振腔内往返传输矩阵算法,计算了在不同热焦距下,腔内元件不同长度时,其上的基模半径,理论上很好地实现了输出光斑的像散补偿.在532nm绿光实验中,以Nd∶ YVO4为增益...     

LD端面泵浦的高输出单频Nd:YVO4绿光激光器

用激光二极管(LD)抽运Nd:YVO4晶体,采用四镜环形腔结构,腔内放置由法拉第旋光器,λ/2波片及布氏片组成的光学单向器,利用KTP内腔倍频技术,实现了高输出单频Nd:YVO4绿光激光器及稳定的单频激光输出.在9 W的泵浦功率下,最大单频绿光输出为1.1 W,光-光转化效率为12.2%.在腔内插入Cr4 :YAG晶体,又获得了脉宽为100ns,重复频率为21 kHz的单纵模被动调Q激光输出.     

不锈钢车体搭接接头激光非熔透焊接工艺及其拉剪性能

针对高强不锈钢车体常用的301L不锈钢搭接接头,采用不同光斑直径光纤激光器和焊接工艺参数,进行激光非熔透焊接工艺研究,获得了激光焊接工艺参数对焊缝成形质量、表面热影响痕迹、焊缝熔化形状和接头拉剪性能的影响规律,并对激光焊接工艺参数的优化原则和方法进行了讨论。结果表明,对于0.8mm内板(301L-H)和1.5mm外板(301L-1.4318)组合,当激光聚焦光斑直径不小于0.4mm且功率大于2kW时,能在较大的参数窗口内确保搭接接头外观和力学性能满足要求;对于光斑直径为0.4mm的光纤激光器,为确保无热影响区痕迹,应精确控制熔深小于1.4mm,为确保拉剪性能大于等价电阻焊接头,结合面熔宽应大于0.8mm;对于母材强度高于930MPa的301L-H不锈钢板搭接接头,剪切拉伸断裂位置始终位于内外板结合面的焊缝处,接头承载能力与结合面熔宽线性相关。     

三镜直腔结构MgO∶PPLN高效连续光参量振荡器

为了优化MgO:PPLN连续光参量振荡器(OPO)的输出特性,对三镜直腔结构的内腔式OPO系统进行腔结构设计,对其同时输出高效的信号光和闲频光进行研究。采用半导体激光端面抽运Nd:YVO4晶体实现连续的1064 nm激光为基频光。对比分析了基频激光腔和OPO腔各腔镜分别采用平面镜或平凹镜的三种腔型结构的激光输出特性。基于30.5 μm的极化周期和12.4 W入射抽运功率时,获得了最高输出功率3.92 W（信号光2.6 W和闲频光1.32 W）,转化效率31.6%的激光输出,对应的信号光和闲频光的中心波长分别为1549 nm和3394 nm。结果表明三个腔镜均采用平凹镜时,可有效的压缩基频激光腔在MgO:PPLN晶体上的光斑,提升基频激光的功率密度,而且基频激光腔和OPO腔的基模光斑在MgO:PPLN晶体上更好的匹配,从而提升变频效率。     

808nm和980nm半导体激光迭阵波长耦合技术

为提高半导体激光器输出光功率,可将多个半导体激光器输出光束耦合成一束激光直接输出或者由光纤耦合输出,以提高半导体激光源的亮度及光束质量.本文采用波长耦合技术进行激光合束,将两种不同波长的半导体激光束通过非相干技术经波长耦合器件耦合输出以实现大功率高效率输出.介绍了非相干耦合技术中波长耦合原理及关键技术,根据波长需要设计了耦合器件,并自行设计光学系统对光束进行扩束聚焦.实验将808 nm和980 nm两半导体激光迭阵光束通过上述技术进行合束, 最终实现了更高功率输出,耦合效率达70%,光斑大小为3 mm×3 mm,可满足将半导体激光器直接应用于熔覆、焊接等场合的要求.     

超薄钛壳激光焊接工艺参数对焊缝成形影响研究

受加工工艺、热变形等因素影响,超薄钛壳的密封焊接存在较大的困难。采用Nd：YAG脉冲激光器对0.3mm厚的钛壳进行激光密封焊接,详细研究了激光焊接过程中脉冲激光波形、激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹气体流量等工艺参数对焊接成形质量的影响,随后对0.3mm厚的搭接接头进行了显微硬度测量与显微组织分析,最后采用氦质谱检漏对...     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

坐标缩放激光角谱传输及在激光光学系统中的应用

提出了坐标可缩放的激光传输角谱算法,用于评估激光光学系统性能并分析其系统公差。考虑Collins公式可用于计算激光光束在光学系统中的衍射传输过程,对该积分公式进行了坐标代换,将衍射积分公式转换为角谱传输过程,并引入坐标缩放因子,实现了目标面尺寸的自由选择,提高了激光传输计算的准确性。设计了一套激光传输系统,定义占有86.5%桶中功率的光斑尺寸为光斑半径,用提出的算法对激光光束传输公差进行了分析。分析表明:作用距离为90m时,焦面激光光斑的半径为0.8~1.4mm,期望值为0.92mm,实验测量值为1.01mm;作用距离为49m时,焦面激光光斑的半径为0.42~0.73mm,期望值为0.48mm,实验测量值为0.46mm,实验结果与公差分析相符。另外,通过公差分析验证了激光光束在光学系统中的焦移现象。由角谱法对激光传输系统的理论分析与实验结果相符,证明了该方法用于激光聚焦光学系统设计的可行性。