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激光Nd:YAG激光晶體的基本結構

  Nd:YAG激光晶體屬于固體激光器,是當前除C02激光器之外,應用人數(shù)最多的激光加工用激光器件。Nd:YAG激光晶體的介質(zhì)是摻人釹離子(Nd3+)的釔鋁石榴石(Y3Al5O12),激活離子是釹離子。

  普通燈泵Nd:YAG激光晶體的結構特點,主要是由工作物質(zhì)(Nd:YAG晶體)、聚光腔、光學諧振腔、泵浦源(氙燈或氪燈)、電源系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)等構成。對調(diào)Q輸出Nd:YAG激光晶體,腔內(nèi)還裝有Q開關。

  (1)工作物質(zhì)。

  固體激光工作物質(zhì)是激光晶體的核心部件,一般Nd:YAG晶體制作成圓柱形的棒體,還有做成板條狀或圓盤狀。

  (2)聚光腔。

  聚光腔的作用是將泵浦光更勻稱高效地匯聚到工作物質(zhì)上,以獲得更高的工作效率。聚光腔一般是由金屬銅或鋁做成,表面鍍金或鍍銀,根據(jù)泵浦燈的數(shù)量可做成單橢圓腔、雙橢圓腔或多橢圓腔。橢圓形聚光腔時常用以晶體尺寸較長的激光晶體。為了降低生產(chǎn)成本和結構緊湊,還有做成圓形腔和緊裹形腔。近些年甚至出現(xiàn)了陶瓷、聚四氟乙烯等材料制成的慢反射腔,主要表現(xiàn)為抗劃傷和效率高。

  (3)光學諧振腔。

  光學諧振腔由一對平行裝到晶體兩側的反射鏡構成,其中一個為全反射鏡,另外一個為部分反射鏡,一般稱為膜片。光學諧振腔的參數(shù)對激光晶體輸出性能有重要影響。諧振腔的膜片由光學玻璃或熔石英鍍多層介質(zhì)膜做成。

  (4)泵浦源。

  Nd:YAG激光晶體的泵浦源主要有氙燈和氪燈,氙燈用以脈沖工作的激光器,氪燈用以連續(xù)工作的激光器。

  (5)電源系統(tǒng)。

  電源系統(tǒng)是為泵浦源提供電能,借助泵浦源將電能轉(zhuǎn)換成光能,用以泵浦激光工作物質(zhì)。

  (6)制冷系統(tǒng)。

  冷卻系統(tǒng)的功能是控制激光晶體、泵浦燈、聚光腔溫度過高,是Nd:YAG激光晶體的一個關鍵構成部分。尤其是對于高功率激光晶體系統(tǒng),因為Nd:YAG激光晶體的效率較低,大量泵浦光能量轉(zhuǎn)變成熱能,造成晶體的熱透鏡效應等各種問題,通常會影響到激光晶體的正常運行。所以,熱管理技術已經(jīng)成為影響該類激光晶體性能的瓶頸技術。

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