[发明专利]一种高重频大能量纳秒级脉冲激光器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种高重频大能量纳秒级脉冲激光器及其使用方法,包括：泵浦激光器、激光增益池、非稳定谐振腔和电光调Q装置。泵浦激光器输出的泵浦激光光束从激光增益池的增益介质端面泵浦，透射至激光增益介质内，向所述谐振腔提供能量；激光在由凹面反射镜、凸面反射镜和刮刀镜组成的非稳定谐振腔中振荡，并通过电光调Q装置进行脉冲调制，最后脉冲激光从刮刀镜输出。本发明提供了一种单腔振荡实现高重频(≥200Hz)、大能量(≥20J)、窄脉宽的激光器。该激光器将具有效率高、结构简单、可放大性好、使用可靠、环境适应能力较强等特点。可以被广泛地使用在工业加工，特别是熔覆冲击强化领域。

技术领域

本发明属于大能量脉冲激光技术领域，具体涉及一种高重频大能量纳秒级脉冲激光器以及单一谐振腔实现高重频大能量纳秒级脉冲的方法。

背景技术

大脉冲能量纳秒级脉冲激光器在工业、科学研究和国防方面都有着非常重要的应用需要。在工业应用方面，各类激光器特别是高能激光器也取得了广泛应用，包括在激光加工、激光淬火、激光熔覆、激光冲击强化、激光清洗等方面。由于高能激光输出功率较大，还可用于部件直接激光快速成型及金属表面改性等应用，最典型的工业应用是经过大能量纳秒脉冲激光冲击强化的金属材料的使用寿命可以延长数倍甚至更长。大脉冲能量激光还具有广泛的国防应用。尽管目前激光器已经在在工业应用和国防领域获得了广泛应用，但是由于目前激光器水平的限制，用于激光加工(特别是熔覆冲击强化)以及国防领域的激光器还远远无法满足应用的需求。因此迫切需要研制出高重频、大脉冲能量、窄脉宽的激光器。此外为了适应激光器的应用推广，对于激光器的成本造价、激光系统的复杂程度、体积重量、可靠性和环境适应性也提出了较高要求。

目前已见单脉冲能量大于100J的激光系统报道，但是其重复频率很低，一般低于10Hz，这就限制了它的一些应用；而在百Hz量级的脉冲激光器，最高单脉冲能量5J，重复频率200Hz；这两种激光器均采用MOPA结构，使得系统结构很复杂，成本很高，效率相对较低，对运行环境要求苛刻(无法满足野外作业需求)，而且进一步放大困难重重；而使用结构简单的单一谐振腔振荡方式同样可以获得脉冲激光器，但其受限于固体激光光斑口径和主动调制元件的尺寸，获得的单脉冲能量最大仅为百mJ量级，不足以对光学系统造成破坏，也很难满足特殊工业加工的需求。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种单腔振荡实现高重频(≥200Hz)、大能量(≥20J)、窄脉宽的激光器。该激光器将具有效率高、结构简单、可放大性好、使用可靠、环境适应能力较强等特点。可以被广泛地使用在工业加工(特别是熔覆冲击强化)领域。