机械调Q二氧化碳激光器的实验与激光加工效果

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激光调Q技术是实现激光以脉冲方式输出,提高峰值功率的主要途径。它在许多应用领域都有具有重要应有,特别是在激光加工,可以有效减少在加工过程中的热效应的影响。虽然激光调Q在理论和技术上都已发展得非常成熟,所采用的调Q开关通常是采用电光晶体或声光晶体来进行,而这些晶体主要是用在紫外到近红外区,但是由于二氧化碳激光器的输出波长位于中红外区(波长为10.6μm),目前在中红外区还没有合适成熟的调Q晶体。因此,本论文提出采用机械调Q的方法,通过自己搭建的实验装置对二氧化碳激光器进行了机械调Q的实验,通过对不同材料的打孔实验对比了调Q前后激光加工效果。  本文提出的机械调Q是通过在激光器谐振腔中加入一个由两个相同的凸透镜组成的望远镜系统,利用它把通过谐振腔的光束在共焦处会聚成为一个半径极小的光斑,用一个与高速电机相连接的斩波片作为Q开关是实现的。当斩波片转到叶片位置时,光路关闭,整个装置没有激光输出,当斩波片转到狭缝位置时,光路打开,输出高峰值功率窄脉宽的调Q脉冲激光。通过功率计测量、公式计算以及模拟仿真得到了实验产生的激光脉冲的参数。经过开20道狭缝的斩波片调Q后,二氧化碳激光器输出峰值功率为2kW,脉冲宽度为300ns,重复频率为1600Hz,平均功率为11.47W的脉冲激光。实验结果表明:提高重复频率和斩波片狭缝处的光斑半径即望远镜系统的聚焦光斑半径可以有效的提高输出激光的平均功率与峰值功率。通过自己设计的加工时间可控的加工时间控制器与加工聚焦系统利用调Q后的激光对木材、高密度泡沫板、PVC材料、铜版纸、压缩板进行了激光打孔的加工实验。利用700倍电子显微镜观测调Q前后的加工效果,可以明显的观察到平均功率相同的激光经过斩波片调Q后加工的材料的热影响区显著的变小了。
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