3.3.1  燈泵浦Nd: YAG激光器

    這種燈激勵激光器的Nd: YA(.棒通常放在雙橢圓反射器的

公共焦軸卜，兩個激勵燈放在兩個外焦軸一卜。

   I．活性介質（品體棒）；2．輸出鏡；3．后鏡；4．泵浦燈；5．泵浦光；

    6．冷卻水；7．反射鏡；8．受激發射；9．激光束

    大功率激光器中，典型的Nd: YAG棒一般是長150mm．直徑7～lOmm。泵

浦過程中激光棒發熱，限制r每個棒的較大輸出功率，因此必須保持激光棒晶體

內部的產熱和外壁冷卻造成的溫度梯度較低，以確保在晶體棒內形成的殘余應力

低于晶體的開裂極限。在材料加上-fl，單棒Nd：YAG激光器的功率范圍為50～

800W．所產生的光束質量為5- 50mm．mrad。這種激光器的控制電路和電源設

備通常是放在獨立的控制柜中，激光頭可通過光纖直接與加工系統安裝在‘起。

3.2.2軸流式COz激光器

    日前，大多數C02激光器是按照快速軸流的原理設計的，主要原因足這種

激光器提供的光束質量能夠滿足多種激光加工應用。管中產生放電的同時，激光

氣體混合物沿放電管高速流動，以保證熱量的有效散失（圖3-4）。為了獲得較

高的流速，通常使用羅茨排風機、徑向排風機或渦輪機。

    由圖3-4可以看出，幾個功能部件在諧振腔中采用了光學串聯方式連接，這

樣既提高了功率，同時又保持了各部分獨立設計的特點。

    岡3-4  直流激勵快速軸流式()（五激光器的基本結構

1．激光束；2．輸出鏡：3．氣體出口；4．直流激勵放電；5．直流電極；6．折疊鏡；7．氣體入口；

    8．后鏡

    快速軸流式C(2激光器的功率輸出范圍可以從幾百瓦到20kW以上。它的

一個典型的特征是控制單元與激光頭分離。大功率快速軸流式a五激光器的主

要優點體現在：

    (1)采用模塊化設計原理；

    (2)諧振腔的設計簡單（反射鏡和光學元件較少）；

    (3)諧振腔是光學穩定的，從而避免了衍射損耗（可達20kW功率）；

    (4)諧振腔設計采用了特殊的反射鏡排列方式，功率大于lOkW時具有額外

的光學穩定性；

    (5)功率大于lOkW以上，射頻發生器集成到諧振腔中，無須使用高電限電

纜傳輸在外部產牛的射頻功率；

    (6)氣體和光學系統采用的冷卻回路非常簡單；

(7)采用常規電源可獲得良好的1-作效率，降低r運行費用。

3.2.3擴散冷卻COz激光器

    在流動式C()2激光器中，激光氣體混合物密封在放電管中，如果只能通過

熱傳導方式冷卻，盡管外部管壁叮以進行有效的冷卻，但此時h米管長只能產生

50W的光束能量，因此這種方法難以造出結構緊湊的高功率激光器。

    同快速流動式激光器相比，板條式（弛激光器的結構更加緊湊。在兩個人

面積銅電極之間進行射頻氣體放電，見圖3-6，電極之間的間隙很小，通過水冷

電極放電腔可達到很好的散熱效果，獲得相對較高的能量密度。不穩定諧振腔采

    圖3-6板條式∞2激光器的基本結構

l．激光束；2．光束整形單元；3．輸出鏡；4．冷卻水出口；5．射頻激

  勵；6．冷卻水入口；7．后鏡；8．射頻激光放電；9．波導電極用柱狀反射鏡產生高度聚焦的激光光束。在激光器的外部采用水冷反射式光束元

件將矩形光束轉換成旋轉對稱的光束，光束傳播系數K≥0.8。

    除了緊湊與堅固的設計之外，這種激光器較大的優點是氣體消耗小。流動式

氣體激光器需每隔‘定時間添加新的激光氣體。擴散冷卻激光器只需將裝有10

升混合氣體的小氣瓶放在激光頭內部，就能持續上作1年以上，而不需要再安裝

外部的供氣系統。圖3-7所示為2.5kW的板條式C()2激光器外觀。

鵪3-7 2.5kW板條式（’【k激光器

    擴散冷卻板條式C02激光器的激光頭尺寸較小，容易與加工機床集成在一

起，系統可設計為與激光頭·起運動，用于船廠或車間里的大型龍門架時，在整

個工作區域中都可以保證較好光束質量，這對于激光切割尤為重要。其技術優點

如下：

    (1)結構緊湊；

    (2)光束質量好；

    (3)無氣體換熱要求；

    (4)光損失低；

    (5)熱穩定性高；

    (6)氣體消耗量低，無需外部氣體；

    (7)沒有氣體流動，囚此光學諧振腔無污染；

    (8)維護-[作量少。

    表3-1給出了上述幾種(X)2 7 C體激光器的性能比較。表3-1  不同類型C02激光器性能比較

3.3  Nd: YAG固體激光器

    0Q激光器是以CQ混合氣體作為激光活性介質，通過放電產生激勵。固

體激光器中，是采用摻有釹(Nd)或釔(Yb)金屬離子的YAG晶體作為激光

活性介質，主要通過光泵浦來發射激光。

    Nd: YAG激光器發射的激光波長為1.06Um，通過氣體放電燈來激勵時，電

效率約為3960激光活性物質釹（Nd3+離子）位于釔一鋁一石榴石( Y-A-G)組成

的固態晶體中，通常呈棒狀，當光束質量較高時，也有可能為片狀或碟狀。脈沖

激光器(P激光器)通過氪閃光燈產生光學激勵，而大功率連續激光器(CW激

光器)中，則是使用氪弧光燈。在新近開發的連續激光器中，應用了激光二極管

產生光學激勵。同燈式泵浦激光器相比，它能夠將光束質量和總效率提高3倍

左右。

    工業應用的脈沖Nd: YAG激光器的電源系統較為特殊，可輸出較高的脈沖

功率，但平均功率較低，峰值功率可以是平均功率的15倍。

    目前工業上應用的連續Nd: YAG激光器的輸出功率已經可以達到SkW以

上。連續Nd: YAG激光器由于是連續的發射激光，與脈沖系統相比可達到更高

的加工速度。此外，連續Nd: YAG激光器還具有Q開關的特殊工怍模式。

    同CQ激光器相比，YAG激光器主要優勢是光束可通過光纖進行傳輸，且

材料對YAG激光的波長范圍具有較高的吸收率，可用于加工高反射率的材料

（如鋁和銅）。