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用于激光加工中调Q Nd:YAG激光器研究

作　者: 何忠蛟
导　师: 马养武
学　校: 浙江大学
专　业: 光学工程
关键词: Nd：YAG激光器 激光微处理 声光调Q 激光内雕 电光调Q
分类号: TN248.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


由于激光束具有良好的方向性和高能量密度，可将光束聚焦到微米量级；由于激光束的脉冲宽度可达数十纳秒到数十皮秒，能够快速加热，对材料的热影响效应减小；因此，激光的以上优点为微加工提供了有利的条件，同时也促使激光加工技术迅速发展。 1995年以来，国外学者发表了一些文章，即在波导的硅基底上镀有一层a-Si（amorphous silicon）薄膜，用激光微处理这层a-Si薄膜的厚度，能够精确地控制波导的双折射和精确地改善波导的色散等，提高了波导器件的稳定性和降低了波导器件的传播损耗等；并举例说明了将激光微处理技术应用到具体的波导器件的实例。 我们的研究工作是希望能够再现国外学者的实验过程和实验结果。要进行波导器件的激光微处理实验，首先要建造一台具有切割功能和具有高质量输出光束的激光器。这台激光器要求：①输出功率稳定度为±2％；②起动及工作时不能有过大的光脉冲影响其它精密仪器的工作；③具有连续、长脉冲和短脉冲三种输出形式。 由于造成其输出功率不稳定的主要原因是Nd：YAG棒的热透镜效应。因此，为了补偿Nd：YAG棒的热透镜效应，我们重点进行了热稳谐振腔的设计，利用的依据就是G1×G2=1/2。采取的措施是调整两个谐振腔反射镜的曲率半径。建造好声光调Q Nd：YAG激光器后，对激光器的输出特性进行了测试，得出：重复频率最高可达3000Hz，峰值功率为50千瓦，光脉冲能量的稳定度为1％，脉冲宽度为80-100ns，光斑直径在60—90μm之间。这样的激光束特性比较适合微处理波导器件上的a-Si薄膜。但是，由于目前没有制作出镀有a-Si薄膜的波导器件，以致没有获得完全的实验结果。 激光内雕技术是近年来新兴的一种将激光应用于玻璃、水晶的加工技术。要实现激光内雕，激光束必须具有数个纳秒量级窄脉宽、数十兆瓦高峰值功率，同时也要具有发散度恒定不变、大深径比的环状聚焦光束。 根据这种特殊要求的应用场合，我们研究和设计了一种既不同工作物质贮能腔，也不同于谐振腔贮能腔，而是具有特殊构型腔的电光调Q Nd：YAG激光器。特殊构型腔的关键部件在于“特殊输出耦合器”，它置于两块平面全反射镜构成 的激光谐振腔中。特殊构型腔从原理上说，山于 45’镀 1刀6urn全反膜层玻璃片 的作用，不管调Q晶体的加电压和撤电压参量如何，光子在腔内（小孔端日到 全反镜距离）往返一周必定逸出腔外，从而确保输出光脉冲的宽度A仆为确切的 、。、。。ZnL，、…、，，，、。t。、，＾。，。、。、。， 理论值：凸厂＝主上二。式中厂为小孔端口到全反镜之间距。 其中，特殊输出耦合器中镀1刀6全反膜层玻璃片的小孔孔径是关键的参 量。在玻璃片上制作精确尺寸的45’通孔，并非易事。有关小孔孔径参量的问题， 我们做了大量的机理分析和实验证实的研究工作。在 p 0．6－p 2．sm－rn之间，做 了许多实验研究，而找到了一个较理想的尺寸参量。 我们设计的特殊构型腔电光调Q＊d：YA G激光器的性能是：重复频率 11 00Hi，峰值功率数十兆瓦，脉冲宽度为 5－15us，环状输出光束的环带宽度约 为0．smm。该环状光束经扩束装置和会聚装置后，聚焦到玻璃内部的光斑直径小 于 10urn，获得较理想的实际结果。 同时，进行了激光内雕系统的总体设计与局部设计，包括扩束装置、分束装 置、聚焦装置的设计。也包括计算机和 PCL839卡的连接，PCL839卡与驱动器、 激光电源的连接，驱动器与三维运动平台的连接等，以及如何控制三维平台移动 的最小精度等工作。

全文目录


前言  10-14
第一章 调Q激光器概述  14-21
  第一节 调Q原理  14-17
  第二节 调Q激光器的速率方程  17-21
第二章 波导器件激光微处理综述  21-30
  第一节 波导器件的激光微处理分析  21-24
  第二节 波导器件的激光微处理应用实例  24-30
第三章 用于波导器件激光微处理中声光调Q Nd：YAG激光器的设计  30-45
  第一节 声光调Q原理  30-32
  第二节 稳定输出功率的措施  32-39
  第三节 声光调Q Nd：YAG激光器装置  39-41
  第四节 声光调Q Nd：YAG激光器输出特性的测试  41-42
  第五节 波导器件的激光微处理的实验步骤和结果  42-45
第四章 激光内雕基本思想及技术可行性综述  45-52
  第一节 激光内雕的基本思想  45-49
  第二节 激光内雕的技术可行性  49-52
第五章 用于激光内雕系统中具有特殊构型腔电光调Q Nd：YAG激光器的设计  52-64
  第一节 工作物质贮能电光晶体调Q Nd：YAG激光器原理  53-54
  第二节 谐振腔贮能电光晶体调Q Nd：YAG激光器原理  54-55
  第三节 特殊构型腔的原理及特点  55-60
  第四节 特殊构型Nd：YAG激光腔的设计和输出参数  60-64
第六章 激光内雕系统总体与局部的设计  64-77
  第一节 激光内雕系统的总体设计  64-66
  第二节 光学装置的设计  66-77
第七章 激光内雕机的工作过程和实验结果  77-79
第八章 激光内雕未来发展方向  79-81
总结  81-82
致谢  82-83
附件  83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 固体激光器
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