專利名稱：棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器屬于固體激光器設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及固體激光器的泵浦面的設(shè)計。
背景技術(shù)：
典型的固體激光器包括由兩個相對的反射鏡構(gòu)成的諧振腔，固體增益介質(zhì)位于腔內(nèi)，泵浦源泵浦增益介質(zhì)，泵浦過程使增益介質(zhì)內(nèi)的原子由低能級躍遷到高能級，維持腔內(nèi)激光的運行。
泵浦光通過各種方式耦合到增益介質(zhì)內(nèi)部，激光效率的高低由泵浦光轉(zhuǎn)變成相干的激光輸出的那部分所占的比例決定。未轉(zhuǎn)換成輸出激光能量的泵浦光則轉(zhuǎn)換為非相干的能量或者熱量。這些熱量嚴(yán)重限制激光器性能的提高由于發(fā)熱，增益介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力過大就會導(dǎo)致增益介質(zhì)炸裂，因此限制了更高的功率輸入；另外由于熱透鏡及熱致雙折射效應(yīng)，導(dǎo)致激光輸出光束質(zhì)量下降。
為了進行有效的熱控管理，提高輸入功率及輸出光束質(zhì)量，發(fā)展了一種新型的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器。
目前針對板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，主要有以下幾種泵浦方式端泵浦方式，面泵浦方式和側(cè)泵浦方式，如圖2所示，21為面泵浦，22為激光輸出，23為端泵浦，24為側(cè)泵浦。
端泵浦方式激光器結(jié)構(gòu)中，泵浦光通過耦合系統(tǒng)從板條結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)的端面入射到增益介質(zhì)內(nèi)部，吸收光程比較長，從而被充分吸收，泵浦效率高。但是這種端泵浦方式的缺點是由于端面面積比較小，限制了能量的輸入，不利于功率的擴展；同時耦合結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；端面還需要鍍雙色膜，對泵浦光高透過率，對激光高反射率，鍍膜要求高；泵浦光能量分布的均勻性也比較差。
面泵浦方式激光器結(jié)構(gòu)中，泵浦光從板條結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)的上、下表面入射到增益介質(zhì)內(nèi)部，泵浦面積大，有利于功率的擴展，同時泵浦光能量的分布比較均勻。但是這種面泵浦方式的缺點是泵浦光的吸收光程很短，不能被增益介質(zhì)充分吸收，泵浦效率低。
側(cè)泵浦方式激光器結(jié)構(gòu)中，泵浦光從板條結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)的側(cè)面入射到增益介質(zhì)內(nèi)部，熱量通過板條的上下表面散發(fā)出去，而在增益介質(zhì)材料上保持一維的溫度梯度分布，有效的改善了激光增益介質(zhì)的熱效應(yīng)。但是由于泵浦光的吸收光程比較短，不能被增益介質(zhì)充分吸收，因此，側(cè)泵浦方式的激光器的效率也不是很高。
我們需要的是一種不受現(xiàn)有激光器結(jié)構(gòu)缺點限制的，具有高效率、緊湊性、高功率的固體激光器。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有激光器結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種新型的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器。泵浦光從棱邊倒角形成的泵浦面入射到增益介質(zhì)，在增益介質(zhì)內(nèi)部多次全反射，有很長的吸收光程，吸收充分，且有很好的均勻性；結(jié)構(gòu)比較緊湊，同時能夠進行功率擴展。
本發(fā)明所提出的激光器的特點在于，其特征在于，所述板條結(jié)構(gòu)型增益介質(zhì)的至少一條棱邊倒角形成泵浦面，使得泵浦源入射到增益介質(zhì)內(nèi)部后在內(nèi)部多次反射和被吸收。
所述泵浦面是平面或柱面。所述泵浦源的主光軸與所述泵浦面垂直。所述棱邊倒角形成的泵浦面與振蕩方向平行或垂直。所述泵浦面鍍有對泵浦波長高透過率的增透膜。所述增益介質(zhì)是摻雜稀土元素的激光晶體介質(zhì)、激光玻璃介質(zhì)或塑料激光介質(zhì)。所述泵浦源是單條的激光二極管，直接耦合到增益介質(zhì)內(nèi)部，或多條激光二極管組成的陣列，通過光學(xué)耦合系統(tǒng)入射到增益介質(zhì)內(nèi)部。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器的棱邊倒角成為泵浦面，泵浦光從泵浦面入射到板條結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)內(nèi)部，在內(nèi)部全反射，多次被激光增益介質(zhì)吸收，提高了吸收效率，多次吸收還使泵浦光能量在增益介質(zhì)內(nèi)部均勻分布，有效提高了激光器的效率。


圖1為本發(fā)明的示意圖。
圖2為已有的泵浦方式示意圖。
圖3為本發(fā)明的板條型增益介質(zhì)的橫截面圖。
圖4為各種不同形狀的棱邊倒角泵浦面。
圖5為具有不同數(shù)目的棱邊倒角的板條結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為泵浦面不同位置組合示意圖。
圖7為各種不同形式的棱邊倒角泵浦結(jié)構(gòu)圖。
圖8為功率擴展的泵浦結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和具體實施方式
。
圖1本發(fā)明的示意圖，激光器系統(tǒng)由板條型增益介質(zhì)11、腔鏡16，17、泵浦源12，13，14，15構(gòu)成，泵浦光由泵浦源12，13，14，15發(fā)出，從板條型增益介質(zhì)11的棱邊倒角形成的泵浦面18入射到板條型增益介質(zhì)11的內(nèi)部，由于全反射，大部分泵浦光被限制在板條型增益介質(zhì)11的內(nèi)部，在內(nèi)部多次反射，被增益介質(zhì)11吸收，通過多次吸收，提高了泵浦的效率，并且獲得了比較均勻的泵浦分布。激光在腔鏡16、17之間振蕩，通過板條增益介質(zhì)11被放大，最后由腔鏡17輸出。
激光在腔鏡16，增益介質(zhì)11以及腔鏡17之間振蕩，最后由腔鏡17輸出，腔鏡16鍍?nèi)茨?，對激光波長全內(nèi)反射，腔鏡17鍍部分反射膜，透過的部分就是激光的能量輸出。
激光諧振腔可以根據(jù)實際需要分別采用穩(wěn)腔和非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)。
棱邊倒角的板條型增益介質(zhì)11也可以和熱沉相接觸，通過冷卻系統(tǒng)把熱量散發(fā)出去，有效的熱控管理使該激光器輸出更高的功率及更好的光束質(zhì)量。
本發(fā)明的板條型增益介質(zhì)的橫截面如圖3所示，板條型增益介質(zhì)30的棱邊倒角形成泵浦面31，激光二極管發(fā)出的泵浦光32就通過這個泵浦面31入射到板條型增益介質(zhì)30的內(nèi)部，在增益介質(zhì)30的表面多次全反射，從而被限制在板條型增益介質(zhì)30的內(nèi)部，被板條型增益介質(zhì)30多次吸收。
棱邊倒角形成的泵浦面有不同的形狀，如圖4所示，圖4(a)為棱邊倒角形成的泵浦面為平面，激光二極管41發(fā)出的泵浦光42通過棱邊倒角形成的平面43入射到增益介質(zhì)40的內(nèi)部。圖4(b)為棱邊倒角形成的泵浦面43為柱面。圖4(c)為泵浦光通過耦合系統(tǒng)44入射到泵浦平面43。
板條型增益介質(zhì)的棱邊可以根據(jù)需要進行相應(yīng)數(shù)目的倒角，如圖5所示，為幾種不同數(shù)目的棱邊倒角的板條示意圖，棱邊倒角的數(shù)目不限于圖5，可根據(jù)需要任意確定。
棱邊倒角形成的泵浦面位置還可以進行不同的組合，如圖6所示，為幾種通過不同的組合方式實現(xiàn)相應(yīng)的泵浦分布，組合方式不限于圖6，可根據(jù)需要任意組合。
棱邊倒角泵浦還可以采用不同的結(jié)構(gòu)形式，如圖7所示，圖7(a)為側(cè)面棱邊倒角泵浦結(jié)構(gòu)，泵浦面和振蕩的方向平行。圖7(b)為端面棱邊倒角泵浦結(jié)構(gòu)，泵浦面和振蕩的方向垂直。圖7(c)為側(cè)面棱邊倒角泵浦與端面棱邊倒角泵浦相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
棱邊倒角泵浦板條型結(jié)構(gòu)還可以進行功率擴展，圖8為功率擴展的泵浦結(jié)構(gòu)圖，通過導(dǎo)光鏡84，85，激光二極管組成的陣列83，86發(fā)出的泵浦光入射到板條型增益介質(zhì)80內(nèi)部，這就使泵浦功率大大的擴展了，使棱邊倒角泵浦板條型固體激光器向著高功率方向發(fā)展。
權(quán)利要求
1.棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，含有板條型增益介質(zhì)，腔鏡和泵浦源，其特征在于，所述板條結(jié)構(gòu)型增益介質(zhì)的至少一條棱邊倒角形成泵浦面，使得泵浦源入射到增益介質(zhì)內(nèi)部后在內(nèi)部多次反射和被吸收。
2.如權(quán)利要求1所述的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，其特征在于，所述泵浦面是平面或柱面。
3.如權(quán)利要求1所述的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，其特征在于，所述泵浦源的主光軸與所述泵浦面垂直。
4.如權(quán)利要求1所述的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，其特征在于，所述棱邊倒角形成的泵浦面與振蕩方向平行或垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，其特征在于，所述泵浦面鍍有對泵浦波長高透過率的增透膜。
6.如權(quán)利要求1所述的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，其特征在于，所述增益介質(zhì)是摻雜稀土元素的激光晶體介質(zhì)、激光玻璃介質(zhì)或塑料激光介質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1所述的棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器，其特征在于，所述泵浦源是單條的激光二極管，直接耦合到增益介質(zhì)內(nèi)部，或多條激光二極管組成的陣列，通過光學(xué)耦合系統(tǒng)入射到增益介質(zhì)內(nèi)部。
全文摘要
棱邊倒角泵浦形式的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器屬于固體激光器設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及固體激光器的泵浦面的設(shè)計。其特征在于，所述板條結(jié)構(gòu)型增益介質(zhì)的至少一條棱邊倒角形成泵浦面，使得泵浦源入射到增益介質(zhì)內(nèi)部后在內(nèi)部多次反射和被吸收。所述泵浦面是平面或柱面。所述泵浦源的主光軸與所述泵浦面垂直。所述棱邊倒角形成的泵浦面與振蕩方向平行或垂直。本發(fā)明的板條結(jié)構(gòu)型固體激光器的棱邊倒角成為泵浦面，泵浦光從泵浦面入射到板條結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)內(nèi)部，在內(nèi)部全反射，多次被激光增益介質(zhì)吸收，提高了吸收效率，多次吸收還使泵浦光能量在增益介質(zhì)內(nèi)部均勻分布，使激光器的效率得到了提高。
文檔編號H01S3/16GK1671012SQ20051001157
公開日2005年9月21日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月15日
發(fā)明者鞏馬理, 張海濤, 閆平, 柳強, 陳剛, 盛大成 申請人:清華大學(xué)