高峰值功率

1、高峰值功率，高可重復(fù)頻率脈沖光纖激光器的刻印加工應(yīng)用1.引言作為工業(yè)應(yīng)用激光器的一種選擇，光纖脈沖激光器正被越來越多的采用，例如微加工，鉆孔和刻印加工。在高峰值功率輸出應(yīng)用中，例如刻印加工中，為了獲得快速特色刻印加工和生產(chǎn)能力，激光器必須具有在高可重復(fù)率下保持高輸出峰值功率（2.5~5千瓦）的能力。常見的單級調(diào)Q激光器具有極高的儲能效率。但是當(dāng)重復(fù)率上升時它們便會顯示出平均功率和基本峰值功率下降的特性。大多數(shù)情況下峰值功率會因速度和輸出

2、能力接近極限的過程而產(chǎn)生副作用而下降。另一方面，主控主控震蕩器的功率放大器的配置可以在脈沖特性和脈沖激光器的功率表現(xiàn)上提供更多的可控性，并且拓寬了刻印單元的可操控空間且在更高的可重復(fù)頻率上提高刻印速度。在本論文中，我們首次刊載了一種脈沖光纖激光器的主可控振蕩器的功率放大器配置，它可以在200kw頻率范圍上維持高于5W的峰值輸出功率水平，它由一個已調(diào)的1080納米的激光二極管源，兩個二級全光纖放大單元和一個附加傳輸光纖組成。平均功率在12

3、W左右，脈沖能量處于0.1~0.5mJ，脈沖持續(xù)時間可在10nS到200nS間變化，并且峰值功率可以在10khz~200khz重復(fù)頻率上維持5kw或者10kw的功率輸出水平。據(jù)我們所知，這是這種脈沖激光器表現(xiàn)第一次被報道，并且它很有希望在工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響，例如開發(fā)出更高效更快速的刻印設(shè)備。2刻印應(yīng)用要求圖1應(yīng)用狀況圖，a展現(xiàn)了對工件強度的要求，b展現(xiàn)了光束質(zhì)量與平均激光功率關(guān)系。很明顯由于刻印與鉆孔技術(shù)的相關(guān)性，盡管對平均功率的要

4、求僅數(shù)十瓦特，對工件強度或者峰值輸出功率的要求還是很高的。另外在整個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)馐|(zhì)量的提高的要求還是很強烈的。優(yōu)質(zhì)的光束質(zhì)量與應(yīng)要求而結(jié)合在一起的低平均高峰值功率一起使脈沖光纖激光器成為刻印與打孔應(yīng)用中的優(yōu)秀候選者。圖表1：應(yīng)用狀況圖，a展現(xiàn)了對工件強度的要求，b展現(xiàn)了光束質(zhì)量與平均激光功率關(guān)系，對于不同的激光應(yīng)用領(lǐng)域。表1總結(jié)了對不同的工件水平典型的參數(shù)。這些參數(shù)完全取決于被刻印的材料和刻印速度。表1：不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同工件的典型脈

5、沖參數(shù)﹡脈沖能量：0.5~2mj﹡脈沖時間：50~200ns﹡輸出光束尺寸：0.5~1mm﹡光束發(fā)散角：：1~3mrad﹡聚焦光斑尺寸：50~200um﹡聚焦能量密度：~00501wum2圖表3：多級放大可控制震蕩放大器。這種條件下脈沖源可以是一個低能量的調(diào)Q激光器或者是一個直模的半導(dǎo)體激光器。后者可以實現(xiàn)直接控制并且可以在限制脈沖尺寸和脈沖重復(fù)率上有更多的選擇，同時也為它們更好的滿足應(yīng)用上的需求提供選擇。另外它們是基于今年來為通訊產(chǎn)業(yè)

6、而開發(fā)的十分完善的半導(dǎo)體技術(shù)。通過控制放大鏈上的增益介質(zhì)的增益貢獻(xiàn)從而使不同參數(shù)的連續(xù)放大脈沖得到精確的控制。通過研究該系統(tǒng)，半導(dǎo)體二極管在1090納米是功率為1瓦特。功率放大光纖是鐿摻雜Aeff=245?m2并且在915納米時其泵浦吸收為18dbm。此光纖的模式是GTWave。3.2時空理論分布模型時空理論分布模型是為了全部放大環(huán)節(jié)而開發(fā)的，它基于線性方法。這個模型可以展現(xiàn)脈沖外形的所有特征，像脈沖重復(fù)率的作用，泵浦功率，輸入脈沖能量