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大功率Nd:YAG激光束光纤耦合技术研究

张阔海  
【摘要】: 光纤传输大功率激光为激光材料加工开辟了一个新天地,大功率Nd:YAG与光纤传输系统的组合提高了激光加工的自动化和柔性。光纤传输系统的目标总是希望光纤能够传输更多的激光功率而损失最少。影响传输系统效率的主要因素是激光与光纤的耦合损失。激光与光纤的机械对准误差和光束质量下降导致了耦合损失,本文分析了它们对耦合效率的影响。对于材料加工的光纤耦合系统来说,光纤输出激光的光束质量也是非常重要的,它影响着激光加工的质量。输出激光的光束质量不仅与光纤的结构参数有关,而且还与激光入射条件有关系。计算表明,激光入射条件与光纤输出光束的近场功率密度分布有着函数关系。 对于光纤耦合系统的设计来说,研究大功率Nd:YAG激光的耦合聚焦特性是设计光纤耦合系统的前提。当Nd:YAG激光器工作在高泵浦功率下时,由于Nd:YAG激光器工作物质的热透镜效应导致了谐振腔输出多模激光,随着泵浦功率的升高激光光束发散角增大,焦深减小。运用多模激光束的传输变换理论,分析了大功率Nd:YAG激光的光束质量变化对光学耦合变换系统的影响。激光光束质量的变化导致了单透镜的聚焦光束的束腰大小和束腰位置都发生变化,采用望远镜耦合系统可以得到大小和位置都不变的像方束腰。 针对大功率激光耦合的特点,设计了特殊的耦合器结构,在保证激光与光纤对准的同时避免了激光对耦合器件的损伤,并进行了耦合实验研究。


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