作者：黎永堅 孫志豪 李博文
作者單位：深圳市寶辰鑫激光科技有限公司
摘要
由于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一大難點。而532nm綠光由于其波段特性高反金屬材料對其吸收遠高于常規光纖激光器，這成為解決高反材料精密加工的新突破口。本文基于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。該研究可有效解決高反材料精密加工這一痛點，在高反材料精密加工行業中擁有廣闊的前景。
0引言
近年來，隨著激光器及其相關技術的發展進步，越來越多的光纖激光器已經成功應用于切割、焊接、以及3D打印等行業領域中。然而，常規的光纖激光器由于其波長處于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。為了解決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，在精細加工層面具有局限性。此后，隨著保偏光纖制作工藝和激光技術的發展進步，通過光纖倍頻技術實現532nm綠光激光輸出成為了可能，為高反金屬材料精密加工提供新的選擇。
本文基于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％，功率可調節范圍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系統設計
1.1基頻和倍頻部分光學系統示意圖
激光器的基頻和倍頻部分光學系統示意圖如圖1所示。其中，紅光激光器起指示激光器作用，用于檢測光路是否損壞。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，用于產生1064nm的窄線寬基頻光源。其中，基頻光源輸出功率大于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％，輸出光為線偏振光。倍頻模塊主要包含倍頻晶體、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％，輸出光為線偏振光。
1.2光源控制模塊
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。從圖中可以看出，實測光束質量M2為1.1，輸出光束質量極佳。
2.3其他輸出特性
通過優化基頻模塊和倍頻模塊各部分設計，改進冷卻系統，實現高功率綠光的高性能、高光束質量輸出，具體特性如下。1.激光輸出功率包括100W/300W/500W，功率可調節范圍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制頻率（20kHz）進行輸出。7.功率穩定性≤2％。
3結束語
本文基于寶辰鑫自主研發的高反材料精密加工專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、電路控制邏輯、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，用于高反金屬精密加工。
（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％。
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