NOVA840型激光標印機激光器能量調校

陳洋鋒

（昌河飛機工業（集團）有限責任公司，江西景德鎮 333000）

0 引言

激光標印機作為新興、特種、必要的標識設備在公司內的應用越來越廣泛，標印環節在信息化管理公司內各車間協調生產及總裝中是不可缺少的部分。激光器作為激光標印機的核心部件也是激光發出部件，在標印過程中由于種種原因導致激光器能量不足也是比較頻繁的問題。激光器能量的調校，是定期也是必須的，這對激光標印機的應用，意義重大。

1 激光發生器原理

激光發生器由激勵源、激光棒、聚光腔、震蕩全反鏡及Q晶體開關組成。采用氪燈作為能量源——激勵源，以釔鋁石榴石——YAG（Yttrium Aluminium Garnet）棒作為激光產生介質。由電源驅動器給氪燈加壓，產生特定波長1064 nm的入射光——基波，促使工作物質發生居量反轉，通過能級躍遷釋放激光，將釋放出的激光能量放大并聚焦后形成可使用的激光束。840型激光標印記采用的激勵方式為光學激勵——光泵。工作介質具有亞穩定能級是使受激輻射占主導地位，從而實現光放大。諧振腔可使腔內的光子有一至的頻率、相位和運行方向，從而使激光具有良好的定向性和相干性。

閃燈側面泵浦系統，是指為使激光工作物質實現并維持粒子數反轉而提供能量來源的裝置，而本激光標印機采用的是由氣體放電光源（氪燈）和聚光腔組成裝置使發出的光輻射工作物質以實現粒子數反轉。

2 紫外激光產生原理

光譜公司840型電纜激光標印機激光器主要由激光驅動電源（1ω）、激光發生器、微動互鎖開關、反饋鏡、Q晶體開關、第二諧波發生器（2ω）、第三諧波發生器（3ω）等組成。

355 nm紫外激光由1064 nm Nd：YAG激光（Neodymiumdoped Yttrium Aluminium Garnet；Nd：Y3AI5012） 的 3 次諧波獲得，具體技術途徑是用2次諧波晶體腔內倍頻1064 nm基波產生532 nm的2次諧波，基波和諧波再經3次諧波晶體腔內混頻產生355 nm的3次諧波。2次諧波晶體選用KTP晶體（磷酸鈦氧鉀），采用Ⅱ類臨界相位匹配方式，即ω1（1064 nm，e光）+ω2（1064 nm，o光）→ω3（532 nm，o光）；2次諧波和基波的混頻采用LBO晶體（三硼酸鋰晶體），Ⅱ類臨界相位匹配方式，即ω1（532 nm，e光）+ω2（1064 nm，o光）→ω3（355 nm，o光），其中，ω，ω1，ω2，ω3為光頻率。為了提高轉換效率，應盡可能提高KTP（磷酸鈦氧鉀）和LBO晶體處的激光功率面密度及滿足相位匹配條件。

3 影響激光器能量的因素

影響激光能量密度的因素分為外部因素與內部因素，外部因素有：激光器內各光學元件如反饋鏡、諧波器及反射鏡等清潔度，環境的溫度計濕度會影響激光發生器的發出激光基波能量密度。內部因素分為驅動電壓的穩定性、2次諧波器的匹配度、3次諧波器的匹配度、后面鏡及反饋鏡的角度等直接影響輸出紫外激光能量密度值。

4 能量密度的調整方法及步驟

（1）清潔光學元件，調整環境溫度及濕度在要求范圍內。標印機激光器出廠時已經是按照試驗最佳環境設計調整的，所以后續調整激光器能量也應在最佳要求環境范圍內，溫度在最佳范圍的兩端都將產生激光的倍頻與和頻的效果，從而直接導致激光能量密度降低。光學元件為了獲得要求的相干波及光線的傳播，光學元件上都有圖層不同物質的圖層，濕度過大或過小，或是頻繁變化差異化，容易致使光學元件在獲得相干波及傳輸時的效果，最終至紫外激光能量密度偏低或消失。激光傳輸及發生干涉時對光學元件的清潔度都有非常高的要求，清潔光學元件需用棉簽蘸丙酮或無水乙醇等容易揮發的有機液體，丙酮極易揮發，擦拭時不容易留下痕跡，擦拭過程應該是始終同一方向畫圓，由里向外做離心運動，同時擦拭用棉簽還應保持緩慢的自旋運動，這樣能保證擦拭效果，有效的帶走異物。清潔光學元件及調整環境溫度濕度在要求范圍內是保證激光能量的首要前提。

（2）第三諧波發生器（3ω）組件。第三諧波發生器實為和頻器，直接產生輸出紫外激光，按上述理論原理，本過程最終需要找到峰值點。放置激光能量表在激光器出口位置，并發射激光為最大理論值（通常190 μs Q-switch延時）。3ω組件用于調整最大紫外輸出能量，因為諧波轉換在反應上有延時存在，能量表顯示時就必然存在延時，所以在調節3ω時，應在每次調節后等待幾秒。峰值的特點是兩端的單調性相反，采用振蕩式不斷反復的調節最終找到峰值點。3ω調整輔助——調整反饋鏡。反饋鏡對中即為和頻的匹配度，直接影響輸出能量，而且影響輸出光束的形狀和強度切面，調整反饋鏡的水平和垂直調節點得到最大紫外能量輸出后一定檢查光束圖案，最佳方案是得到最好的光束形狀和輪廓盡管損失少許輸出能量。使用特殊的中紅外激光觀察板觀察紫外輸出光束，調節反饋鏡得到盡可能大的原形沒有條紋（明暗的線）光束圖案。

（3）第二諧波發生器（2ω）。類似3ω調節以獲得最大的紫外輸出能量值，調節方式與3ω一致。但2次諧波與3次諧波及反饋鏡的調節時相互關聯的，例如移動一個部件會導致其他部件的對中的偏移。因此，這3個部件的調節是一個緩慢和逐步細調獲得最大輸出能量密度的循環過程。

（4）后面鏡調節。后面鏡調節只能子啊激光器自由（free running）模式下驚醒，即閃光燈閃亮（Operation），Q-switch關閉。激光觀察板應該放置在相旋轉鏡與二次諧波發生器之間以觀察激光光束，當大多數圓形光束形成對稱/同心環排列時為后面鏡最佳位置。為幫助進行調整，一小塊白色卡片可以直接放置到反饋鏡前面，激光光斑如圖1所示。

5 結論

圖1 激光光斑

要解決激光標印記這種高精密特種設備的激光能量調整問題，必須對激光器原理及激光產生有深入的了解，對檢測方法與檢測工具能夠熟練操作。雖然激光器比較復雜，但通過一段時間的學習了解，對激光能量的基本調整及維護還是可以較好的掌握的。