作者：黎永坚 孙志豪 李博文

作者单位：深圳市宝辰鑫激光科技有限公司

摘要 

由于铜基等高反材料对常规光纤激光器1um波段附近材料吸收率极低，使得高反材料激光加工成为一大难点。而532nm绿光由于其波段特性高反金属材料对其吸收远高于常规光纤激光器，这成为解决高反材料精密加工的新突破口。本文基于自主设计的的光纤基频模块和倍频模块，通过光纤倍频技术实现高光束质量输出的532mn的绿光。该研究可有效解决高反材料精密加工这一痛点，在高反材料精密加工行业中拥有广阔的前景。

0引言

近年来，随着激光器及其相关技术的发展进步，越来越多的光纤激光器已经成功应用于切割、焊接、以及3D打印等行业领域中。然而，常规的光纤激光器由于其波长处于1um波段的特性，高反金属材料对其吸收率极低，无法满足高反金属材料精密加工的需求。为了解决高反材料精密加工的难题，德国通快激光公司曾采用碟片激光技术，实现了高功率532nm绿光的输出，但其光束质量不佳，在精细加工层面具有局限性。此后，随着保偏光纤制作工艺和激光技术的发展进步，通过光纤倍频技术实现532nm绿光激光输出成为了可能，为高反金属材料精密加工提供新的选择。

本文基于宝辰鑫自主设计的光纤基频模块和倍频模块，实现最高500W高光束质量的532nm绿光激光的输出。其中，输出光斑大小4.5±0.5mm，中心波长532±2nm，3dB带宽≤0.3nm，输出光束质量M² ≤1.2，功率稳定性≤±2％，光斑椭圆度≥90％，功率可调节范围10％-100％，且1％可输出功率。此外，搭配高性能芯片及其高精度电控模块，在保证激光器稳定运行的前提下，进一步实现±1%功率偏差的功率线性度校准。

1系统设计

1.1基频和倍频部分光学系统示意图

激光器的基频和倍频部分光学系统示意图如图1所示。其中，红光激光器起指示激光器作用，用于检测光路是否损坏。基频模块主要包含泵源、谐振腔、有源光纤等来实现激光受激辐射，用于产生1064nm的窄线宽基频光源。其中，基频光源输出功率大于1000W，3dB带宽≤0.3nm，中心波长1064±0.5nm，功率稳定性≤2％，光束质量M²≤1.2，光斑椭圆度≥90％，输出光为线偏振光。倍频模块主要包含倍频晶体、以及一些反射/透射镜片等，基频光1064nm线偏振光经过恒温（150℃附近）下的倍频晶体可实现频率变换，进而转换成532nm绿光输出。最终，绿光输出功率500W，3dB带宽≤0.3nm，中心波长532±2nm，功率稳定性≤2％，光束质量M²≤1.2，光斑椭圆度≥90％，输出光为线偏振光。

1.2光源控制模块

1.3外观设计

2实验结果及分析

2.1输出功率线性度

2.2输出光束质量

光束质量实测图如图5所示。从图中可以看出，实测光束质量M²为1.1，输出光束质量极佳。

2.3其他输出特性

通过优化基频模块和倍频模块各部分设计，改进冷却系统，实现高功率绿光的高性能、高光束质量输出，具体特性如下。1.激光输出功率包括100W/300W/500W，功率可调节范围10%~100%，且1％可输出激光器。2.输出光束质量因子M²≤1.2。3.输出光斑大小4.5±0.5mm，输出光斑椭圆度≥90％；4.输出中心波长532±2nm，光谱带宽（3dB）≤0.3nm。5.功率稳定性≤±2。6.工作模式可以连续或者调制频率（20kHz）进行输出。7.功率稳定性≤2％。

3结束语

本文基于宝辰鑫自主研发的高反材料精密加工专用的绿光光纤激光器，简要介绍了基频和倍频模块光学原理、电路控制逻辑、外观设计等，最终实现高性能、高线性度的功率输出。本文结论如下：

（1）通过光纤倍频技术，实现高功率绿光光纤激光器，用于高反金属精密加工。

（2）通过对激光器进行线性功率校准，激光器从10%至100%满功率具有达到±1%的极佳功率线性度；

（3）激光器输出光束质量极佳，M²≤1.2，且光斑椭圆度≥90％。