1 YAG泵浦染料激光器的構(gòu)成該激光器由泵浦激光(TAG2580)和染料激光 (TDL250)兩部分組成(見圖1).YAG2580是雙燈泵圖1 TDL 50染料激光器光路原理示意圖浦的二級調(diào)Q激光器.放大后的1106μm激光通過 KDP二倍頻晶體轉(zhuǎn)化為0153μm激光,爾后由二個 45°雙色片濾掉1106μm基頻光,可得到0153μm泵浦光.TDL250染料激光部分是由一級振蕩,二級放大組成.振蕩級諧振腔中采用2400線/ mm的光柵作為波長調(diào)諧元件,固定在機械承載平臺上,光柵平面與平臺的夾角為24°是掠入射工作方式,其優(yōu)點:(1) 增大激光束覆蓋光柵面積,避免過于集中的激光束對光柵表面產(chǎn)生損傷;(2)提高光柵的分辨率,獲得較窄的激光線寬.腔內(nèi)還有一擴束棱鏡放置在一個可移動平移臺上,當棱鏡組平移到光路中時,組合成 "擴束棱鏡2光柵系統(tǒng)",可獲得到0105cm的激光線寬.由振蕩級出射的激光經(jīng)兩級放大后輸出。

    2 YAG泵浦染料激光器的故障分析該激光器是使用多年的大精設(shè)備,整機輸出能量及分辨率嚴重下降,已不能正常使用。

    從故障現(xiàn)象看,似是整個激光系統(tǒng)的老化. 簡單的方法就是逐一更新激光器件.由于大部分器件是非標準件價格昂貴,全部更新幾乎接近新購整機價格.顯然沒有必要.通過多次對系統(tǒng)的光學,電氣部分的檢測后,分析認為泵浦激光器(YAG2580)的漫反射體和染料激光器(TDL250)的光柵是對激光器參數(shù)影響 大的兩個器件. 

    2.1 漫反體為一圓柱型夾層腔體,夾層內(nèi)充氧化鎂.安裝在圓型保護套內(nèi),由硅膠將保護套和它固定密封為一體.與其它組件裝配成聚光腔.它的水平軸線上排列三圓型孔,圓心孔安裝激光晶體,其余二孔安裝氙燈.在氧燈長時間,高功率的照射下氧化鎂易嚴重氧化,造成光能不能充分匯聚到Y(jié)AG 棒,使泵浦激光輸出能量嚴重下降。

    2.2 光柵本身就是一種色散元件對激光有一定的損耗,高質(zhì)量的光柵在閃耀波長的效率能夠達到 95 % ,而大多數(shù)的光柵效率較低,實際的數(shù)值一般是 65 % ,因此,光柵插入損耗是顯著的.加之該光柵為2400線/ mm高分辨率光柵已應(yīng)用多年,在高功率激光照射下氧化和灼傷嚴重,致使染料激光器振蕩級輸出能量嚴重損耗.未對放大級形成足夠的激勵,造成輸出能量和分辨率大幅度下降.針對上述分析,決定在實驗室條件下進行更換兩器件的嘗試性維修。 

    3 YAG泵浦染料激光器的維修與調(diào)整

    3.1 氦2氖激光定位下更換漫反體 在激光器設(shè)計時,為防止自激振蕩,而往往把激光晶體棒的兩端面做成相互平行,并與標準端面有一個2°的夾角.因此,更換漫反體后,恢復晶體棒原始機械位置,使更換前,后的輸出光軸一致,是保證激光器輸出精度的關(guān)鍵.首先,在YAG2580激光器主體上做好振蕩級聚光腔的原始安裝標記,取下它與氦2氖激光器固定在一個載物平臺上,使氦2氖激光束從YAG晶體棒軸心穿過.在距2～3m處設(shè)置一固定屏幕,出射的激光在屏幕上產(chǎn)生一光斑仔細做好位置屏幕標記后.才能打開聚光腔取出漫反體與保護套開始更換 (基座固定不動),結(jié)束后再用硅膠將二者膠結(jié),密封,重新裝好YAG聚光腔.在氦2氖激光束的定位下,仔細調(diào)整晶體棒位置,使光斑與原屏幕光斑位置重合.緊固后,裝回主體原位置。

    3.2 氦2氖激光定位下更換光柵 在TDL250染料激光器諧振腔中,光柵是掠入式光柵,與全反鏡配合構(gòu)成選頻調(diào)諧部件.由標準光柵方程mλ=d(sinα ±sinβ)可知1,式中m是光柵衍射級,λ為波長,d為光柵常數(shù),α為入射角,β為衍射角.在諧振腔中,光柵通常以自準直狀態(tài)工作,也稱Littow裝置,這時衍射角等于入射角,既α=β=ψl則上式可寫成mλ= 2dsinψl或λ= 2d/msinψl通常稱為調(diào)諧方程.當旋轉(zhuǎn)光柵時光入射角和衍射角發(fā)生連續(xù)變化,這時滿足Littrow條件的波長,既完成正弦變化.由調(diào)諧方程可知:不同波長的光其衍射角與波長一一對應(yīng). 調(diào)整調(diào)諧全反鏡,只有 的波長被全反射后沿著原光路返回,能夠滿足激光振蕩的諧振關(guān)系.此時的光路對這個 的波長是可逆的,輸入,輸出是共軸的.假定此時光柵發(fā)生掠入角位移和平面旋轉(zhuǎn)位移時,必然破壞這種共軸關(guān)系.依據(jù)上述原理可在激光定位下保證更換光柵的精度.首先,調(diào)整染料激光器的選頻輸出在62318nm波長上(氦-氖激光器的波長).然后,固定氦-氖激光器,使它的激光束從染料激光器的放大輸出級輸出鏡的軸心穿過。由于光路的可逆性,這時透鏡上的入射光與反射光共軸.其后,做一小孔光闌固定在透鏡的凹面處.此時才可更換新光柵,仔細調(diào)整光柵的機械位置,使反射光斑與光闌小孔完全重合后,用硅膠粘接固定。

    4 結(jié)論更換維修結(jié)束后,激光器工作狀態(tài)良好,穩(wěn)定. 實測YAG258振蕩輸出能量以及TDL250染料激光器輸出能量有大幅度提高,性能改變明顯。

    從而證實YAG2580振蕩級的漫反體與2400線/ mm 光柵是造成該激光器輸出能量及分辨率嚴重下降的故障原因.由于是探索性地維修,未對YAG2580放大級漫反體更換,致使放大后的0153μm泵浦光能量偏低, 不能充分地泵浦染料,所以染料激光的輸出能量沒有接近新機驗機時指標.通過維修驗證,對于長期使用的同類進口激光器,可以用通過更換關(guān)鍵部件的辦法使其發(fā)揮 佳效能,延長使用壽命.激光器的輸出能量可以達到或接近新機驗機時指標。