作者：黎永堅 孫誌豪 李博文

作者單位：深圳市寶辰鑫激光科技有限公司

摘要 

由於(yu) 銅基等高反材料對常規光纖激光器1um波段附近材料吸收率極低，使得高反材料激光加工成為(wei) 一大難點。而532nm綠光由於(yu) 其波段特性高反金屬材料對其吸收遠高於(yu) 常規光纖激光器，這成為(wei) 解決(jue) 高反材料精密加工的新突破口。本文基於(yu) 自主設計的的光纖基頻模塊和倍頻模塊，通過光纖倍頻技術實現高光束質量輸出的532mn的綠光。該研究可有效解決(jue) 高反材料精密加工這一痛點，在高反材料精密加工行業(ye) 中擁有廣闊的前景。

0引言

近年來，隨著激光器及其相關(guan) 技術的發展進步，越來越多的光纖激光器已經成功應用於(yu) 切割、焊接、以及3D打印等行業(ye) 領域中。然而，常規的光纖激光器由於(yu) 其波長處於(yu) 1um波段的特性，高反金屬材料對其吸收率極低，無法滿足高反金屬材料精密加工的需求。為(wei) 了解決(jue) 高反材料精密加工的難題，德國通快激光公司曾采用碟片激光技術，實現了高功率532nm綠光的輸出，但其光束質量不佳，在精細加工層麵具有局限性。此後，隨著保偏光纖製作工藝和激光技術的發展進步，通過光纖倍頻技術實現532nm綠光激光輸出成為(wei) 了可能，為(wei) 高反金屬材料精密加工提供新的選擇。

本文基於(yu) 寶辰鑫自主設計的光纖基頻模塊和倍頻模塊，實現最高500W高光束質量的532nm綠光激光的輸出。其中，輸出光斑大小4.5±0.5mm，中心波長532±2nm，3dB帶寬≤0.3nm，輸出光束質量M² ≤1.2，功率穩定性≤±2％，光斑橢圓度≥90％，功率可調節範圍10％-100％，且1％可輸出功率。此外，搭配高性能芯片及其高精度電控模塊，在保證激光器穩定運行的前提下，進一步實現±1%功率偏差的功率線性度校準。

1係統設計

1.1基頻和倍頻部分光學係統示意圖

激光器的基頻和倍頻部分光學係統示意圖如圖1所示。其中，紅光激光器起指示激光器作用，用於(yu) 檢測光路是否損壞。基頻模塊主要包含泵源、諧振腔、有源光纖等來實現激光受激輻射，用於(yu) 產(chan) 生1064nm的窄線寬基頻光源。其中，基頻光源輸出功率大於(yu) 1000W，3dB帶寬≤0.3nm，中心波長1064±0.5nm，功率穩定性≤2％，光束質量M²≤1.2，光斑橢圓度≥90％，輸出光為(wei) 線偏振光。倍頻模塊主要包含倍頻晶體(ti) 、以及一些反射/透射鏡片等，基頻光1064nm線偏振光經過恒溫（150℃附近）下的倍頻晶體(ti) 可實現頻率變換，進而轉換成532nm綠光輸出。最終，綠光輸出功率500W，3dB帶寬≤0.3nm，中心波長532±2nm，功率穩定性≤2％，光束質量M²≤1.2，光斑橢圓度≥90％，輸出光為(wei) 線偏振光。

1.2光源控製模塊

1.3外觀設計

2實驗結果及分析

2.1輸出功率線性度

2.2輸出光束質量

光束質量實測圖如圖5所示。從(cong) 圖中可以看出，實測光束質量M²為(wei) 1.1，輸出光束質量極佳。

2.3其他輸出特性

通過優(you) 化基頻模塊和倍頻模塊各部分設計，改進冷卻係統，實現高功率綠光的高性能、高光束質量輸出，具體(ti) 特性如下。1.激光輸出功率包括100W/300W/500W，功率可調節範圍10%~100%，且1％可輸出激光器。2.輸出光束質量因子M²≤1.2。3.輸出光斑大小4.5±0.5mm，輸出光斑橢圓度≥90％；4.輸出中心波長532±2nm，光譜帶寬（3dB）≤0.3nm。5.功率穩定性≤±2。6.工作模式可以連續或者調製頻率（20kHz）進行輸出。7.功率穩定性≤2％。

3結束語

本文基於(yu) 寶辰鑫自主研發的高反材料精密加工專(zhuan) 用的綠光光纖激光器，簡要介紹了基頻和倍頻模塊光學原理、電路控製邏輯、外觀設計等，最終實現高性能、高線性度的功率輸出。本文結論如下：

（1）通過光纖倍頻技術，實現高功率綠光光纖激光器，用於(yu) 高反金屬精密加工。

（2）通過對激光器進行線性功率校準，激光器從(cong) 10%至100%滿功率具有達到±1%的極佳功率線性度；

（3）激光器輸出光束質量極佳，M²≤1.2，且光斑橢圓度≥90％。