一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，该激光器通过电脉冲调制种子源LD，经两级预放和一级功放，实现高达500W平均功率的输出，单脉冲能量可达5mJ以上，峰值功率超过40kW。在激光除锈领域，相比于固体激光器，调Q光纤激光器或者准连续激光器，本发明专利技术可以实现灵活的脉宽和频率的调谐，可适用于不同场合的除锈，有着广阔的应用前景。

A Large Pulse Energy All-Fiber Nanosecond Laser for Laser Rust Removal

The invention provides an all-fiber nanosecond laser with large pulse energy for laser rust removal. The laser modulates seed source LD by electric pulse, achieves output of 500 W average power through two-stage pre-amplifier and one-stage power amplifier. The single pulse energy can reach more than 5 mJ, and the peak power exceeds 40 kW. In the field of laser de-rusting, compared with solid-state lasers, Q-switched fiber lasers or Quasi-continuous-wave lasers, the invention can realize flexible tuning of pulse width and frequency, and can be applied to de-rusting in different occasions, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器
本专利技术涉及光纤
与激光
，特别是大脉冲能量和高峰值功率的纳秒光纤激光器和放大器领域。
技术介绍
高功率纳秒脉冲光纤激光器样机广泛应用与金属打标，雕刻，薄板切割和焊接，太阳能电池焊接，异性金属焊接等多个工业细分应用领域。目前全光纤纳秒脉冲激光器的单脉冲能量一般在1mJ左右，峰值功率不超过20kW。对于目前激光除锈的应用来说，其峰值功率和单脉冲能量都比同等平均功率的固体激光器少了将近一个数量级，因此实际应用中，使用全光纤纳秒激光器去进行除锈的效果和效率都远远达不到工业加工的要求。使用调Q技术可以实现4mJ左右的全光纤纳秒脉冲激光器，但由于调Q技术方案本身的缺陷，脉冲宽度一般是固定在100～200ns之间，频率也无法灵活的进行设置，因此在实际除锈应用中受到很大的限制，此外也有用准连续的高功率激光器进行除锈的，面临的问题是峰值功率无法达到几十乃至上百千瓦，同时激光器的成本因为使用特殊芯片的原因，也是十分昂贵，无法普及使用。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，其包括脉冲调制电路(1)、种子源LD(2)，外部同步触发电路(3)，单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(5),(1+1)×1合束器(6)，泵浦LD(7)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，泵浦源LD(12)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，脉冲波形补偿整形电路(15)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)，高功率锁波长泵浦LD(19)，高功率隔离输出头(20)。其中，脉冲调制电路(1)和外部同步触发电路(3)都是连接到种子源LD(2)，对其进行脉冲电调制，种子源LD(2)依次连接单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(4)，(1+1)×1合束器(6)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)和高功率隔离输出头(20)，最后放大后的激光信号从高功率隔离输出头(20)输出；泵浦LD(7)与(1+1)×1合束器(6)连接；泵浦LD(12)与(2+1)×1合束器(10)连接，高功率锁波长泵浦LD(19)与(6+1)×1合束器(18)连接。所述的高功率声光调制器(AOM)(14)的上升沿响应时间范围是50～200ns，能够承受的平均功率不低于5W，峰值功率不低于10kW。所述的(6+1)×1合束器(18)是反向合束器，单臂能承受功率不小于100W，泵浦效率大于97％，信号插损小于0.3dB，光束质量能保持在1.3以下，反向可以承受的平均功率大于300W；信号纤的纤芯直径在30um～100um之间，泵浦纤的包层直径在105um～240um之间。高掺镱大模场增益光纤(17)是双包层或者三包层结构，泵浦吸收系数大于7dB/m，纤芯在30～100um之间，内包层形状选自六边形，八角形或矩形结构。脉冲波形补偿整形电路(15)可以进行程序编程实现正弦型，三角型，抛物线型或者指数型的波形输出，可以对波形进行精确的调谐。高功率隔离输出头(20)能够承受五百瓦以上的平均功率，100kW以上的峰值功率和至多10mJ的单脉冲能量。采用主控振荡器的功率放大器(MOPA)结构的全光纤脉冲纳秒激光器，可以实现比较灵活的脉冲和重频的搭配，满足不同除锈应用的需求(比如文物除锈和面板除漆对激光器参数要求就完全不同)，此外全光纤的纳秒脉冲激光器体积小巧，光电转换效率也高于固体激光器。此外，通过全光纤合束器，纳秒光纤脉冲激光器也可以实现几十毫焦的单脉冲能量和GW的峰值功率。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:1.能够实现更高的单脉冲能量(>5mJ)和更高的峰值功率(>500kW)；2.通过脉冲补偿电路，可以灵活的设置不同的脉冲波形(高斯，抛物线，幂指数和三角波)，适用于多种除锈，出漆和抛光等工业应用的场合；3.全光纤结构，独特的电控设计，结构紧凑且电光转换效率高。附图说明图1.250W大脉冲能量的纳秒全光纤激光器的示意图图2.500W大脉冲能量的纳秒全光纤激光器的示意图其中各个标注数字有如下含义：1.脉冲调制电路2.种子源LD3.外部同步触发电路4.单极隔离器5.单模掺镱增益光纤6.(1+1)×1合束器7.泵浦LD8.隔离带通滤波器9.单模双包层掺镱增益光纤10.(2+1)×1合束器11.高功率隔离带通滤波器12.泵浦源LD13.模场匹配器14.高功率声光调制器(AOM)15.脉冲波形补偿整形电路16.模场匹配器17.高掺镱大模场增益光纤18.(6+1)×1合束器19.高功率锁波长泵浦LD20.高功率隔离输出头具体实施方式下面结合具体实施例1和2对本专利技术作进一步说明。实施例1如图1是250W大脉冲能量的纳秒全光纤激光器的示意图，该激光器包括脉冲调制电路1、350mw种子源LD2，中心波长1064nm，最大峰值功率可达1W；外部同步触发电路3；300mw的单极隔离器4，隔离度大于40dB；5/130um的单模掺镱增益光纤5，数值孔径为0,085；,(1+1)×1合束器6，泵浦纤是105/125um，数值孔径为0.22，信号纤是HI1060；3W的泵浦LD7，波长为915nm或者940nm；1W的隔离带通滤波器8，带通范围为1064nm±3nm，隔离大于35dB；7/128um的单模双包层掺镱增益光纤9，数值孔径为0.14，吸收系数为1.5dB@915nm；(2+1)×1合束器10，泵浦纤是105/125um，数值孔径为0.22，信号纤是7/125um；5W的隔离带通滤波器11，带通范围为1064nm±3nm，隔离大于35dB；9W的泵浦源LD12，波长为915nm或者940nm；输入7um，输出10um的模场匹配器13；3W声光调制器(AOM)14，上升沿响应时间为50～200ns，可承受平均功率不低于3W，峰值功率大于10kW，插损小于3dB；脉冲波形补偿整形电路15；输入10um，输出50um的模场匹配器16，高掺镱大模场增益光纤17，纤芯为50um，包层直径为400um，数值孔径为0.08/0.46，吸收系数为7Db/m@976nm泵浦波长；反向(6+1)×1合束器18，可承受反向信号功率大于300W，泵浦纤为105/125um，数值孔径0.22，单臂可承受泵浦功率大于100W，输入信号纤是50/250um，输出信号纤为50/400；六只60W的高功率锁波长泵浦LD19，中心波长为976nm；250W高功率隔离输出头20，可以承受大于250W平均功率输出和300kW峰值功率，准直光输出，准直光斑为8～10mm。脉冲调制电路1和外部同步出发电路3都是连接到种子源LD2，对其进行脉冲电调制，产生从10～500ns，重频1kHz～4MHz的光脉冲信号输出，种子源LD2经过电调制后的信号依次经过300mw的单极隔离器4，单模掺镱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，其特征在于，其包括脉冲调制电路(1)、种子源LD(2)，外部同步触发电路(3)，单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(5),(1+1)×1合束器(6)，泵浦LD(7)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，泵浦源LD(12)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，脉冲波形补偿整形电路(15)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)，高功率锁波长泵浦LD(19)，高功率隔离输出头(20)。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，其特征在于，其包括脉冲调制电路(1)、种子源LD(2)，外部同步触发电路(3)，单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(5),(1+1)×1合束器(6)，泵浦LD(7)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，泵浦源LD(12)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，脉冲波形补偿整形电路(15)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)，高功率锁波长泵浦LD(19)，高功率隔离输出头(20)。2.据权利要求1所述的一种用于激光除锈的大脉冲能量全光纤纳秒激光器，其特征在于：其中，脉冲调制电路(1)和外部同步触发电路(3)都是连接到种子源LD(2)，对其进行脉冲电调制，种子源LD(2)依次连接单极隔离器(4)，单模掺镱增益光纤(4)，(1+1)×1合束器(6)，隔离带通滤波器(8)，单模双包层掺镱增益光纤(9)，(2+1)×1合束器(10)，高功率隔离带通滤波器(11)，模场匹配器(13)，高功率声光调制器(AOM)(14)，模场匹配器(16)，高掺镱大模场增益光纤(17)，(6+1)×1合束器(18)和高功率隔离输出头(20)，最后放大后的激光信号从高功率隔离输出头(20)输出；泵浦LD(7)与(1+1)×1合束器(6)连接；泵浦LD(12)与(2+1)×1合束器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡文俊，方宏，秦曦，
申请(专利权)人：深圳番越光电有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44