專利名稱：端面泵浦的高功率激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光器，具體是一種端面泵浦的高功率激光器。
背景技術(shù)：
激光器按泵浦方式劃分，可以分為端面泵浦激光器和側(cè)面泵浦激光器。側(cè)面泵浦 是一種傳統(tǒng)的泵浦方式，它的優(yōu)點(diǎn)是泵浦光沿晶體軸向均勻分布，因此在增益介質(zhì)軸向上 熱均勻分布，但是它的缺點(diǎn)是模式覆蓋度差，激光閾值高，效率低。與側(cè)面泵浦相比，端面泵 浦方式可以實(shí)現(xiàn)泵浦光與激光之間較好的模式匹配，因此具有激光閾值低、泵浦效率高和 結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域?qū)Ω吖β始す馄鞯男枨?，設(shè)計(jì)出輸出功率高， 光束質(zhì)量好和結(jié)構(gòu)緊湊的端面泵浦激光器已成為必需，而激光二極管設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn) 步為獲得高輸出功率的全固態(tài)激光器提供了先決條件。 目前為止，光纖耦合輸出半導(dǎo)體激光器和激光二極管陣列的最大輸出功率已達(dá) 500W。但是在端面泵浦激光器中，由于泵浦光沿增益介質(zhì)的軸向傳播，在晶體的泵浦端面， 泵浦光的強(qiáng)度最高，晶體的溫度最高，熱效應(yīng)最嚴(yán)重；隨著泵浦光遠(yuǎn)離增益介質(zhì)的泵浦端 面，泵浦光的強(qiáng)度越來越弱，晶體的溫度越來越低，晶體的熱效應(yīng)也越來越弱，在晶體的非 泵浦端面，泵浦光的強(qiáng)度最弱，晶體的溫度最低，晶體的熱效應(yīng)最弱。因此，減輕激光晶體熱 效應(yīng)的關(guān)鍵是減輕晶體泵浦端面的熱效應(yīng)。 為此，一些研究工作者采用低摻雜濃度的激光晶體作為增益介質(zhì)的方法來減輕 增益介質(zhì)泵浦端面的熱效應(yīng)[U.S. Patent No. 6185235B1]。降低增益介質(zhì)的摻雜濃度可 以減小增益介質(zhì)對泵浦光的吸收系數(shù)(例如Nd:YV04晶體對808nm光的吸收系數(shù)可表達(dá) 為aX pb(cm—"，式中a和b是常數(shù)，P是晶體的摻雜濃度[IEEE. J. Quantum Electron, Vol-38， P-1291(2002)])，從而減輕晶體泵浦端面的熱效應(yīng)(見圖1)。采用低摻雜濃度的 激光晶體作為增益介質(zhì)雖然能夠減輕晶體端面的熱效應(yīng)，但是低摻雜濃度晶體的吸收系數(shù) 較低，會(huì)影響增益介質(zhì)對泵浦光的吸收效率。要達(dá)到同樣的吸收效率，與高摻雜濃度的晶 體相比，需要選用更長的低摻雜濃度晶體來彌補(bǔ)它吸收系數(shù)的不足(見圖2)。但泵浦光束 并不是單模衍射極限光束，對于相同腰斑的泵浦光和激光來說，泵浦光束有更大的發(fā)散角， 因此泵浦光并不能在增益介質(zhì)內(nèi)處處與基模匹配，為了得到好的模式匹配因子，增益介質(zhì) 不能選取太長。因此，減輕熱效應(yīng)與泵浦光有效吸收就是一種矛盾。為了克服上述缺點(diǎn)， Mcdonagh等人采用未吸收的泵浦光經(jīng)反射鏡反射、透鏡聚焦后二次泵浦的方法來提高吸收 效率[Optics Letters, Vol-31，P-3297 (2006) ;OpticsLetters， Vol_32， P-802 (2007)]。但 是這種方法一方面提高了激光器系統(tǒng)的復(fù)雜性，另一面它并不適合在所有類型的激光器上 使用。 因此，采取有效措施克服吸收效率低與熱效應(yīng)嚴(yán)重這一對矛盾，對高功率端面泵 浦的激光器來說是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種光束質(zhì)量好、光-光轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的端面泵浦 的高功率激光器。 為了克服高功率端面泵浦激光器中泵浦端面嚴(yán)重的熱效應(yīng)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了漸變摻 雜的激光晶體，并用它作為激光器的增益介質(zhì)。在單一摻雜濃度的晶體作為增益介質(zhì)的端 面泵浦激光器中，泵浦光沿增益介質(zhì)的軸向傳播，在晶體的泵浦端面，泵浦光功率最高；隨 著泵浦光在增益介質(zhì)中傳播、吸收，泵浦光的功率越來越小。因此在端面泵浦激光器中，泵 浦端面的熱效應(yīng)最嚴(yán)重，離泵浦端面越遠(yuǎn)，熱效應(yīng)越輕，非泵浦端面的熱效應(yīng)最輕。增益介 質(zhì)內(nèi)不同部分的溫度與該位置離泵浦端面的距離有關(guān)，在泵浦端面，增益介質(zhì)的溫度最高； 離泵浦端面越遠(yuǎn)，溫度越低；在非泵浦端面，增益介質(zhì)的溫度最低，呈指數(shù)規(guī)律分布(見圖 1)。增益介質(zhì)對泵浦光的吸收系數(shù)與摻雜濃度有關(guān)，摻雜濃度越高，吸收系數(shù)越大；摻雜濃 度越低，吸收系數(shù)越小。如果降低增益介質(zhì)的摻雜濃度，會(huì)改善晶體端面的熱效應(yīng)，但又導(dǎo) 致增益介質(zhì)對泵浦光的吸收系數(shù)變小，影響增益介質(zhì)對泵浦光的吸收效率。由于漸變式摻 雜的晶體各部分的摻雜濃度不同，對泵浦光的吸收系數(shù)也不相等，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)沿晶體 軸向摻雜濃度單調(diào)增加或減小的漸變晶體作為增益介質(zhì)，使增益介質(zhì)的泵浦端面上，晶體 的摻雜濃度最低；隨著在增益介質(zhì)中的位置遠(yuǎn)離泵浦端面，晶體的摻雜濃度越來越高；在 增益介質(zhì)的非泵浦端面，晶體的摻雜濃度最高。這種設(shè)計(jì)既減輕了增益介質(zhì)泵浦端面的熱 效應(yīng)又提高了增益介質(zhì)其它部分對泵浦光的吸收，有效克服了熱效應(yīng)嚴(yán)重和吸收效率低這 一對矛盾。但是漸變式摻雜的晶體不容易生長，因此首先要生長不同摻雜濃度的單一摻雜 晶體，然后將單一摻雜濃度的晶體依據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸鍵合起來，可得到漸變摻雜的晶體。
本發(fā)明提供的一種端面泵浦的高功率激光器，包括泵浦源、增益介質(zhì)和激光諧振 腔，所述的增益介質(zhì)是漸變摻雜的晶體，在增益介質(zhì)的泵浦端面，晶體的摻雜濃度最低；隨 著在增益介質(zhì)中的位置遠(yuǎn)離泵浦端面，晶體的摻雜濃度越來越高；在增益介質(zhì)的非泵浦端 面，晶體的摻雜濃度最高。 所述的漸變摻雜的晶體，為兩層以上鍵合在一起的層狀結(jié)構(gòu)的晶體，同一層的摻 雜濃度相同，每一層的摻雜濃度隨著與泵浦端面距離的增加而逐漸增大，起始層摻雜濃度 最低為0. 005%，優(yōu)選0. 01%;末端層摻雜濃度最高為2%，優(yōu)選1%。漸變摻雜的晶體的層 數(shù)取決于具體的設(shè)計(jì)，層數(shù)越多，不同層之間摻雜濃度變化越小，晶體軸向上的溫度分布越 趨于均勻，但晶體的生產(chǎn)成本越高；層數(shù)越少，不同層之間摻雜濃度變化越大，會(huì)降低晶體 的生產(chǎn)成本，但晶體軸向上的溫度分布會(huì)變差。 采用漸變摻雜的晶體后，在靠近泵浦端面的部分，吸收系數(shù)較小，減輕了熱效應(yīng)。 隨著泵浦光被增益介質(zhì)吸收，泵浦光的功率越來越小，增益介質(zhì)的吸收系數(shù)越來越大。這樣 不僅提高了增益介質(zhì)對泵浦光的吸收效率，又提高了增益介質(zhì)軸向上溫度分布的均勻性。
所述的漸變摻雜的晶體可以是Nd: YV04、 Nd: YAG、 Nd: YLF、 Yb: YAG、 Nd: YAP或 Ti : s即phire等。其摻雜濃度由泵浦功率決定，泵浦功率越高，泵浦端面的摻雜濃度應(yīng)越小， 以利于減輕熱效應(yīng)。 所述的端面泵浦的高功率激光器，可以包括倍頻晶體，所述的倍頻晶體是KTP、 LB0、 BB0、 LiNb03或PPKTP等。腔內(nèi)插入倍頻晶體可改變激光器的波長，有效拓寬激光器的 波長范圍。具體情況下，可以根據(jù)激光器的波長、相位匹配方式和輸出功率等參數(shù)，選取合適的晶體作為倍頻晶體。 所述的端面泵浦的高功率激光器，可以包括選取單縱模的元件，實(shí)現(xiàn)單頻運(yùn)轉(zhuǎn)。所 述的選取單縱模的元件是標(biāo)準(zhǔn)具、光學(xué)單向器、雙折射濾光片或四分之一波片。在增益介質(zhì) 的特定躍遷譜線寬度范圍內(nèi)，一般會(huì)有多個(gè)分離的縱模滿足起振的條件，為了實(shí)現(xiàn)單頻運(yùn) 轉(zhuǎn)的激光器，人為引入損耗差是進(jìn)行縱模選擇的有效途徑。最簡單的選取單縱模的方法是 標(biāo)準(zhǔn)具法和雙折射濾光片法；也可以通過在諧振腔內(nèi)插入光學(xué)單向器構(gòu)成行波腔、在增益 介質(zhì)兩頭加上四分之一波片構(gòu)成扭擺模腔的方法來選取單縱模。 所述的端面泵浦的高功率激光器，可以包括調(diào)Q元件，所述的調(diào)Q元件是機(jī)械Q開 關(guān)、電光Q開關(guān)、聲光Q開關(guān)或被動(dòng)Q開關(guān)等。 所述的端面泵浦的高功率激光器的激光諧振腔可以由2-10個(gè)腔鏡組成。 所述的端面泵浦的高功率激光器的泵浦源可以是光纖耦合輸出的激光二極管或
激光二極管陣列。 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果 1.本發(fā)明中，增益介質(zhì)的泵浦端面吸收系數(shù)較小，有利于在高泵浦功率下減輕增 益介質(zhì)的熱效應(yīng)。 2.本發(fā)明中，增益介質(zhì)的非泵浦端面吸收系數(shù)較大，有利于提高增益介質(zhì)對泵浦 光的吸收效率，提高了激光器的光-光轉(zhuǎn)換效率。 3.隨著泵浦光被增益介質(zhì)吸收，沿泵浦光傳播的方向，泵浦光功率越來越小，在本 發(fā)明中，在泵浦光傳播方向上，增益介質(zhì)的摻雜濃度越來越高，吸收系數(shù)越來越大，從而實(shí) 現(xiàn)在增益介質(zhì)軸向上，溫度均勻分布。 4.本發(fā)明有效解決了熱效應(yīng)和泵浦光有效吸收這一對矛盾，既減輕了泵浦端面的 熱效應(yīng)，又提高了增益介質(zhì)對泵浦光的吸收效率，使熱效應(yīng)在晶體軸向上更均勻地分布，能 夠獲得輸出功率高和光束質(zhì)量好的激光產(chǎn)品。 5.本發(fā)明簡化了現(xiàn)有技術(shù)——雙端泵浦或剩余泵浦光經(jīng)反射二次泵浦帶來的復(fù) 雜性，提高了激光器設(shè)計(jì)的靈活性和減小了激光器的體積。 總之，本發(fā)明利用漸變摻雜濃度的晶體作為增益介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)光束質(zhì)量好、 光_光轉(zhuǎn)換效率高和結(jié)構(gòu)緊湊的端面泵浦的高功率激光器，具有極高的應(yīng)用價(jià)值。


圖1是單摻晶體軸向上的溫度分布(泵浦功率為60W，摻雜濃度分別為0. 1 %、 0. 2%、0. 3%、0. 4%、0. 5% ) 圖2是晶體對泵浦光的吸收效率等于97%時(shí)，需要的晶體長度隨摻雜濃度的變化 關(guān)系。 圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的漸變摻雜晶體軸向上各處的摻雜濃度。 圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的漸變摻雜晶體軸向上的溫度分布，晶體各處的摻雜濃度見圖3。 圖5是本發(fā)明設(shè)計(jì)的激光二極管端面泵浦的兩鏡腔激光器 圖6是本發(fā)明設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)具選模的單頻激光器 圖7是本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙折射濾光片選模的內(nèi)腔倍頻單頻激光器 圖8是本發(fā)明設(shè)計(jì)的環(huán)形腔選模的內(nèi)腔倍頻單頻激光器
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圖9是本發(fā)明設(shè)計(jì)的調(diào)Q激光器
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明 圖1是單摻晶體軸向上的溫度分布圖。圖中曲線a、b、 c、 d、 e分別表示Nd:YV(^ 晶體摻釹離子的濃度為0. 5%、0. 4%、0. 3%、0. 2%、0. 1%，泵浦功率為60W，發(fā)熱率為30% 時(shí)，晶體軸向上各點(diǎn)的溫度分布。從圖中可以看出，隨著晶體摻雜濃度的增加，晶體對泵浦 光的吸收系數(shù)增大，但是晶體泵浦端面30的溫度也會(huì)隨著摻雜濃度的增大而升高。隨著晶 體的摻雜濃度從O. 1% -0. 5%，晶體軸向上的溫度從340K上升到558K。這極大地提高了晶 體損壞的危險(xiǎn)，也惡化了輸出光的光束質(zhì)量。 從圖1可以知道，降低晶體的摻雜濃度可以降低晶體泵浦端面30的溫度。但是，降 低晶體的摻雜濃度會(huì)減小晶體對泵浦光的吸收系數(shù)，從而影響晶體對泵浦光的吸收效率。 圖2是理論模擬的Nd:YV04晶體對泵浦光的吸收效率為97%時(shí)，晶體的長度與摻雜濃度需 滿足的關(guān)系。從圖2我們可以看出，吸收長度隨著晶體摻雜濃度的增大而縮短，當(dāng)晶體的摻 雜濃度較低時(shí)，需要用較長的晶體來獲得較高的吸收效率。但泵浦光束并不是單模衍射極 限光束，對于有相同腰斑的泵浦光和激光來說，泵浦光束有更大的發(fā)散角，因此泵浦光并不 能在增益介質(zhì)內(nèi)處處與基模匹配，為了得到好的模式匹配因子，增益介質(zhì)不能選取太長，這 就與需要泵浦光有效吸收形成一對矛盾。 圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)的漸變摻雜晶體軸向上各處的摻雜濃度分布(以Nd:YV04晶體 為例進(jìn)行分析)。由于泵浦光沿增益介質(zhì)的軸向傳播，在晶體的泵浦端面30，泵浦光功率 最高；隨著泵浦光在增益介質(zhì)中傳播、吸收，泵浦光的功率越來越小。為了使吸收泵浦光產(chǎn) 生的熱在晶體軸向上近似均勻分布，我們提出了漸變式摻雜晶體設(shè)計(jì)。但是漸變式摻雜濃 度的晶體不容易生長，因此我們采用不同摻雜濃度的單摻晶體鍵合的方法獲得漸變摻雜晶 體。增益介質(zhì)的泵浦端面30上，晶體的摻雜濃度最低，對泵浦光的吸收系數(shù)最小，而泵浦光 的功率最高；隨著在增益介質(zhì)12中的位置遠(yuǎn)離泵浦端面30，晶體的摻雜濃度越來越高，對 泵浦光的吸收系數(shù)越來越高，泵浦光的功率越來越小；在增益介質(zhì)12的非泵浦端面31，晶 體的摻雜濃度最高。這種設(shè)計(jì)既減輕了增益介質(zhì)泵浦端面30的熱效應(yīng)又提高了增益介質(zhì) 對泵浦光的吸收效率，有效克服了熱效應(yīng)和吸收效率這一對矛盾。 圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的漸變摻雜晶體軸向上的溫度分布(以Nd:YV04晶體為例進(jìn)
行分析)，從圖中可以看出晶體軸向上各點(diǎn)的溫度呈近似均勻分布，軸向上的最高溫度僅為 325K(邊界溫度為293K)，而摻雜濃度為0. 5 %的單摻晶體的最高溫度為555K，較摻雜濃度 為0. 1%的單摻晶體的最高溫度(340K)小15K ;長度為15mm的漸變晶體對泵浦光的吸收效 率為97%，而對同樣的吸收效率，需要長度為29. 6mm摻雜濃度為0. 1%的單摻晶體。這說 明了漸變摻雜晶體能有效減輕晶體的熱效應(yīng)和提高晶體對泵浦光的吸收效率。
實(shí)施例1.激光二極管端面泵浦的兩鏡腔激光器 如圖5所示，包括泵浦源11、增益介質(zhì)12和激光諧振腔13，所述的增益介質(zhì)12是 漸變摻雜的Nd:YV04晶體，該晶體為13層層狀結(jié)構(gòu)，第一層厚度為3毫米，后12層每層厚 度1毫米，每層摻雜濃度依次為0. 03%、0. 04%、0. 06%、0. 08%、0. 1%、0. 11%、0. 12%、 0. 13%、0. 15%、0. 18%、0. 23%、0. 3%、0. 5%。泵浦源11發(fā)出的光經(jīng)整形聚焦系統(tǒng)14得到聚焦光束15，聚焦光束15入射到放置在諧振腔13中的增益介質(zhì)12上。泵浦源11是激光二極管陣列或光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，泵浦源11發(fā)射光的中心波長與增益介質(zhì)12的吸收帶重合。整形聚焦系統(tǒng)由2個(gè)透鏡組成，作用是把泵浦光整形為滿足模式匹配條件的光束。諧振腔13由腔鏡16和腔鏡17組成，腔鏡16 —面鍍有對聚焦光束15的減反膜，另一面同時(shí)對聚焦光束15高透、對振蕩激光高反；腔鏡17作為輸出耦合鏡，對振蕩激光有一定的透射率，作為輸出光束20的輸出鏡。
實(shí)施例2.標(biāo)準(zhǔn)具選模的單頻激光器 如圖6所示，包括泵浦源11、增益介質(zhì)12、激光諧振腔13和標(biāo)準(zhǔn)具21，所述的增益介質(zhì)12是漸變摻雜的Nd: YAG晶體，該晶體為10層層狀結(jié)構(gòu)，每層厚度2毫米，每層摻雜濃度依次為0. 1%、0. 13%、0. 16%、0. 2%、0. 25%、0. 3%、0. 4%、0. 55%、0. 75%、1%。泵浦源11發(fā)出的光經(jīng)整形聚焦系統(tǒng)14得到聚焦光束15，聚焦光束15入射到放置在諧振腔13中的增益介質(zhì)12上。泵浦源11是激光二極管陣列或光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，泵浦源11發(fā)射光的中心波長與增益介質(zhì)12的吸收帶重合。整形聚焦系統(tǒng)由2個(gè)透鏡組成，作用是把泵浦光整形為滿足模式匹配條件的光束。諧振腔13由腔鏡16和腔鏡17組成，腔鏡16 —面鍍有對聚焦光束15的減反膜，另一面同時(shí)對聚焦光束15高透、對振蕩激光高反；腔鏡17作為輸出耦合鏡，對振蕩激光有一定的透射率，作為輸出光束20的輸出鏡。通過在諧振腔13內(nèi)插入標(biāo)準(zhǔn)具21來選取單縱模，從而獲得高功率單縱模激光輸出。
實(shí)施例3.雙折射濾光片選模的內(nèi)腔倍頻單頻激光器 如圖7所示，泵浦源11發(fā)出的光經(jīng)整形聚焦系統(tǒng)14得到聚焦光束15，聚焦光束15入射到放置在諧振腔13中的增益介質(zhì)12上，增益介質(zhì)12由漸變摻雜的Nd:YAP晶體充當(dāng)，該晶體為10層層狀結(jié)構(gòu)，前5層厚度為每層1毫米，后五層厚度為每層2毫米，每層摻雜濃度依次為0. 1%、0. 13%、0. 16%、0. 2%、0. 25%、0. 3%、0. 4%、0. 55%、0. 75%、1%。泵浦源11是激光二極管陣列或光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，泵浦源11發(fā)射光的中心波長與增益介質(zhì)12的吸收帶重合。整形聚焦系統(tǒng)由3個(gè)透鏡組成，作用是把泵浦光整形為滿足模式匹配條件的光束。諧振腔13是V-字形激光諧振腔，由腔鏡16、腔鏡17和腔鏡18組成。II類相位匹配的KTP晶體23插入腔內(nèi)，既充當(dāng)倍頻晶體獲得倍頻光輸出，又起雙折射濾光片的作用，從而獲得單縱模二次諧波激光輸出。
實(shí)施例4.環(huán)形腔選模的內(nèi)腔倍頻單頻激光器 如圖8所示，包括泵浦源11、增益介質(zhì)12、激光諧振腔13、倍頻晶體28、法拉第旋轉(zhuǎn)器26和二分之一波片27，所述的增益介質(zhì)12是漸變摻雜的Nd: YV04晶體，該晶體為3層層狀結(jié)構(gòu)，每層厚度為5毫米，每層摻雜濃度依次為0. 1%、0. 2%、0. 3%。諧振腔13是四鏡"8"字形環(huán)形諧振腔，由腔鏡16、腔鏡17、腔鏡18和腔鏡19組成。泵浦源11是光纖耦合輸出的激光二極管，倍頻晶體28是LB0晶體，它放置的腔鏡18和腔鏡19之間，目的是縮小倍頻晶體處的光斑，以提高倍頻轉(zhuǎn)換效率。法拉第旋轉(zhuǎn)器26和二分之一波片27 —起組成的光學(xué)單向器使激光器單向運(yùn)轉(zhuǎn)，消除空間燒孔效應(yīng)，獲得單頻內(nèi)腔倍頻激光輸出20。采用上述實(shí)驗(yàn)裝置，我們在實(shí)驗(yàn)上獲得10W單頻532nm激光輸出。
實(shí)施例5.調(diào)Q激光器 如圖9所示，諧振腔13是Z-字形激光諧振腔，由腔鏡16、腔鏡17、腔鏡18和腔鏡19組成。泵浦源11是光纖耦合輸出的激光二極管，增益介質(zhì)12是漸變摻雜的Nd:YV04晶體，該晶體為5層層狀結(jié)構(gòu)，前1層厚度為1毫米，第2、3層厚度為每層2毫米，第4、5層厚度為每層3毫米，每層摻雜濃度依次為0. 1%、0.2%、0.3%、4%、0.5%。調(diào)Q元件25是電光Q開關(guān)，它放置在諧振腔13內(nèi)可以獲得脈沖激光輸出。 在上述5個(gè)實(shí)施例中，增益介質(zhì)12均由漸變摻雜晶體充當(dāng)，具體工作中可以根據(jù)泵浦功率的大小和需要的溫度分布等因素綜合考慮，來決定增益介質(zhì)12的摻雜方式。當(dāng)然，摻雜濃度階躍變化的步長越小，增益介質(zhì)12內(nèi)部的溫度分布就越均勻。
本發(fā)明的核心是用漸變摻雜晶體作為激光器的增益介質(zhì)12，這樣既降低了增益介質(zhì)12泵浦端面30的溫度，又能保證泵浦光被增益介質(zhì)12有效吸收。凡是用漸變摻雜晶體作為增益介質(zhì)12的激光器均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。以上列舉的實(shí)施例僅僅是典型。不難看出，由各種不同激光諧振腔型、增益介質(zhì)、選模方式、調(diào)Q方式組合。本發(fā)明的實(shí)施方式還有很多。
權(quán)利要求
一種端面泵浦的高功率激光器，包括泵浦源(11)、增益介質(zhì)(12)和激光諧振腔(13)，其特征在于所述的增益介質(zhì)(12)是漸變摻雜的晶體，在增益介質(zhì)(12)的泵浦端面(30)，晶體的摻雜濃度最低；隨著在增益介質(zhì)(12)中的位置遠(yuǎn)離泵浦端面(30)，晶體的摻雜濃度越來越高；在增益介質(zhì)(12)的非泵浦端面(31)，晶體的摻雜濃度最高。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于所述的漸變摻雜的晶 體，為兩層以上鍵合在一起的層狀結(jié)構(gòu)的晶體，同一層的摻雜濃度相同，每一層的摻雜濃度 隨著與泵浦端面距離的增加而逐漸增大，起始層摻雜濃度最低為0. 005%，末端層摻雜濃度 最高為2%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于所述的起始層摻雜濃 度最低為0. 01 % ，末端層摻雜濃度最高為1 % 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于包括倍頻晶體(24)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于所述的倍頻晶體(24) 是KTP、 LBO、 BBO、 LiNb03或PPKTP。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于包括選取單縱模 的元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書1或4所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于包括調(diào)Q元件 (35)，所述的調(diào)Q元件(35)是機(jī)械Q開關(guān)、電光Q開關(guān)、聲光Q開關(guān)或被動(dòng)Q開關(guān)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于所述的激光諧振 腔(13)由2-10個(gè)腔鏡組成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的端面泵浦的高功率激光器，其特征在于所述的泵浦源 (11)是激光二極管陣列或光纖耦合輸出的激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種端面泵浦的高功率激光器，包括泵浦源、增益介質(zhì)和激光諧振腔，所述的增益介質(zhì)由漸變摻雜的晶體充當(dāng)，在增益介質(zhì)的泵浦端面，晶體的摻雜濃度最低；隨著在增益介質(zhì)中的位置遠(yuǎn)離泵浦端面，晶體的摻雜濃度越來越高；在增益介質(zhì)的非泵浦端面，晶體的摻雜濃度最高。本發(fā)明采用漸變摻雜的晶體作為增益介質(zhì)，獲得光束質(zhì)量好、光-光轉(zhuǎn)換效率高和結(jié)構(gòu)緊湊的端面泵浦的高功率激光器。
文檔編號(hào)H01S3/109GK101719620SQ20091022796
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者張寬收, 彭堃墀, 李鳳琴, 王雅君, 鄭耀輝 申請人:山西大學(xué)