平行双光路偏振相干合成大功率激光器以及焊接切割系统技术方案

本实用新型专利技术公开了平行双光路偏振相干合成大功率激光器以及焊接切割系统，其包括脉冲电源和谐振腔，谐振腔包括第一聚光腔、第二聚光腔、第一工作物质、第二工作物质、角锥棱镜、半反射镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片和第二偏振片。该激光腔将基于角锥棱镜作为全反镜的两路子激光器平行放置，由偏振片产生偏振光束并最后达到两路P/S光相干合成提高输出功率和光束质量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光器和焊接切割系统。
技术介绍
激光器广泛用于各种用途，例如焊接切割系统中。平均输出功率和光束质量是激光器在科研及生产等行业应用中的主要技术参数，然而由于激光器本身的各种机制或条件的限制，其输出功率是有限的；而且光束质量随着输出功率的增加而降低，因此二者成为发展高能激光技术的关键问题。现有技术中的高能激光器通常包括聚光腔、尾镜和头镜，其中尾镜为全反射镜，头镜为部分反射镜。这种结构的激光器输出功率较低且光束质量不温度，在实际应用中造成诸多不便。
技术实现思路
本技术公开了一种激光器和焊接切割系统，其将基于角锥作为全反镜的两路子激光器平行放置，由偏振片产生偏振光束并最后达到两路P/S光相干合成提高输出功率和光束质量。本技术的平行双光路偏振相干合成大功率激光器，包括脉冲电源和谐振腔，谐振腔包括第一聚光腔、第二聚光腔、第一工作物质、第二工作物质、角锥棱镜、半反射镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片和第二偏振片，其中，第一聚光腔和第二聚光腔平行设置；第一工作物质置于第一聚光腔内且位于第一聚光腔的轴向中心线上，第二工作物质置于第二聚光腔内且位于第二聚光腔的轴向中心线上；角锥棱镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片、第二偏振片以及半反射镜的中心与第一聚光腔以及第二聚光腔的腔体中心位于同一平面上；角锥棱镜、第一偏振片、第一工作物质、第二偏振片和半反射镜位于同一条直线上，第一偏振片和第二偏振片分别位于第一工作物质的两侧，且与第一工作物质的夹角为45度；第一全反射镜、第二工作物质和第二全反射镜位于同一条直线上，第一全反射镜和第二全反射镜分别位于第二工作物质的两侧，且于第二工作物质的夹角为45度。提高单束激光能量的可行方法是采用光束合成技术，即把多束低功率而且光束质量良好的激光束合成为一束，在获得高功率激光束的同时维持或提高光束质量。目前，光束合成技术已得到了广泛的研究，也发展了各种各样的合成方法。根据光束的相干性可以分为相干合成和非相干合成，按照合成光束的空间结构可以分为阵列合成和同轴合成，依据合成过程与谐振腔的关系又可分为腔内合成、腔耦合以及腔外合成。偏振光束合成是光束合成的一个技术方案，其合束兀件是偏振分束镜，可以实现多束相干光的同轴合成。单就该方法而言，理论合成效率高，而且由于实现了同轴合成，光束质量好。偏振光束合成时，参与合成的P光和s光具有相同的频率以及固定的相位差,两束光经过偏振分束镜合为一束椭圆偏振光(或线偏振光)。将一个X/4波片插入该椭圆偏振光束中，光轴与椭圆偏振光的主轴平行，则经过X /4波片后椭圆偏振光变为线偏振光，该线偏振光经过I个X/2波片旋转成p光(或s光)。合成的p(或s)光可以和其他的s (或p)光重复上述合束及转换过程，如此实现多束偏振光的合成。偏振光束合成时对条件有一定的要求，如具有良好稳定性的机械器件、有效的隔震措施、稳定的实验环境等，以控制相位差的稳定，获得较高的合成效率。当参与合成的p光和s光的强度相差较大时，相位差的不稳定性对合成效率的影响较小，而当两束光等强度时，合成效率对相位差的变化最为敏感。理论上，经过P B S平行射出的p光和s光在空间上是完全重合的 ，但实际上不可避免地存在重合误差。由于重合误差的存在，P光和s光的一小部分光束因没有发生偏振叠加而损失；而在叠加区域S内，光束横截面上各点处的振幅比不同，因此合成光束在横截面上各点处的偏振态不同，这种非均匀偏振的效果使偏振合成损耗增大。一般来说，后一种损耗是光斑重合误差引起的主要影响。实际中，经过P B S输出的s光和p光的光轴不可能是完全平行的。所谓平行度，指两束光的传播夹角9。平行误差主要从两个方面影响合成效率一是s光和p光的波前不再平行，使得合成区域内各点的相位差不同，同样形成非均匀偏振的横截面，降低合成效率；二是在合成光束的传播平面上两光斑不重合，因此产生了重合度误差。考虑到实际中通常是在近场的两点观察光斑的叠加效果并测量合成强度，因此上述第二个方面的影响可以忽略。由此可见，两束光的强度差值越大，各种因素对合成效率的影响越小。然而，实际情况中通常将单元光束放大至合理的强度之后再进行合成，如果其中一束的强度相对很小，尽管合成效率高了，但其合成强度未必最大。因此改善方法是提高实验环境稳定性，稳定相位差；尽可能采用大尺寸的光束进行合成；提高光束传播方向的控制精度。偏振是光的三大特性干涉、衍射和偏振之一。偏振光源在与目标表面作用以后出来的散射光会带有自身特性所决定的偏振信息。散射介质的特性可以通过改变入射光的偏振态而后分析出射光的偏振特性得到。偏振镜的运用在本技术的激光器光路中实现双平行腔的耦合起着关键的作用，由布儒斯特定律我们已知，当光以布儒斯特角入射偏振镜时，反射光中没有P光，只有垂直入射面振动的S光,发生全偏振现象,反射光是偏振光；此时的折射光波中含有全部的P光和部分S光,是一个P光占优势的部分偏振光。角锥棱镜又称回归反射器，图3示出了其结构示意图。其是利用临界角原理制造的内部全反射镜，以任何入射角进入有效孔径的光线，会以与它平行的方向被反射回去。即对射入有效孔径的入射光将会被原路反射回去。在定向很困难或不可能控制的应用中，角锥棱镜是理想的选择。角锥由3个互相垂直的面和一个斜面组成。不论角锥的方向如何，它能使进入棱镜的任何光线或光束的成像又回到原位。而反射镜只有以普通内射角入射时才能达到此效果。角锥内共发生3次反射。由角锥组成的谐振光路可以减少调光的复杂性。本技术公开了一种激光器，其包括脉冲电源和谐振腔，谐振腔包括第一聚光腔、第二聚光腔、第一工作物质、第二工作物质、角锥棱镜、半反射镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片和第二偏振片。其中，第一聚光腔和第二聚光腔平行设置；第一工作物质置于第一聚光腔内且位于第一聚光腔的轴向中心线上，第二工作物质置于第二聚光腔内且位于第二聚光腔的轴向中心线上；角锥棱镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片、第二偏振片以及半反射镜的中心与第一聚光腔以及第二聚光腔的腔体中心位于同一平面上；角锥棱镜、第一偏振片、第一工作物质、第二偏振片和半反射镜位于同一条直线上，第一偏振片和第二偏振片分别位于第一工作物质的两侧，且与第一工作物质的夹角为45度；第一全反射镜、第二工作物质和第二全反射镜位于同一条直线上，第一全反射镜和第二全反射镜分别位于第二工作物质的两侧，且于第二工作物质的夹角为45度。附图说明图I为本技术的激光器的结构示意图。图2为本技术的激光器的谐振腔中的光路图。图3为本技术中使用的角锥棱镜的结构示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术的激光器及焊接切割系统进一步详细说明。如图I所示，本技术的激光器I包括脉冲电源2和谐振腔3，谐振腔3包括第一聚光腔41、第二聚光腔42、第一工作物质51、第二工作物质52、角锥棱镜6、半反射镜7、第一全反射镜81、第二全反射镜82、第一偏振片91和第二偏振片92。其中，第一聚光腔41和第二聚光腔42平行设置。第一工作物质51置于第一聚光腔41内且位于第一聚光腔41的轴向中心线上，第二工作物质52置于第二聚光腔42内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器，包括脉冲电源和谐振腔，其特征在于，谐振腔包括第一聚光腔、第二聚光腔、第一工作物质、第二工作物质、角锥棱镜、半反射镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片和第二偏振片，其中，第一聚光腔和第二聚光腔平行设置；第一工作物质置于第一聚光腔内且位于第一聚光腔的轴向中心线上，第二工作物质置于第二聚光腔内且位于第二聚光腔的轴向中心线上；角锥棱镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第一偏振片、第二偏振片以及半反射镜的中心与第一聚光腔以及第二聚光腔的腔体中心位于同一平面上；角锥棱镜、第一偏振片、第一工作物质、第二偏振片和半反射镜位于同一条直线上，第一偏振片和第二偏振片分别位于第一工作物质的两侧，且与第一工作物质的夹角为45度；第一全反射镜、第二工作物质和第二全反射镜位于同一条直线上，第一全反射镜和第二全反射镜分别位于第二工作物质的两侧，且于第二工作物质的夹角为45度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉琪，
申请(专利权)人：武汉市楚源光电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：