專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光晶體及采用該激光晶體的激光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及ー種激光晶體及采用該激光晶體的激光放大器，更具體涉及ー種高增益多程激光放大器。
背景技術(shù)：
對(duì)于多程激光放大器，其激光晶體一般為條形，如圖I所示，該激光晶體的兩個(gè)端面互相平行，且均與該條形激光晶體的軸向垂直。光束垂直于ー個(gè)端面地入射到激光晶體， 并從激光晶體的另ー個(gè)端面出射。光束通過(guò)該激光晶體時(shí)，消耗該激光晶體內(nèi)的反轉(zhuǎn)粒子，從而使得光束經(jīng)過(guò)該激光晶體時(shí)被能量放大。為了提高光束的透過(guò)率，該激光晶體的端面上通常涂布有增透膜。但由于任何增透膜都不能使得光百分之百的通過(guò)，因此在端面處，光束會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。激光在激光晶體的兩端面之間多次反射會(huì)形成自激振蕩。在高増益多程激光放大器中，自激振蕩消耗了大量的反轉(zhuǎn)粒子，當(dāng)激光再次通過(guò)此激光介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)激光介質(zhì)中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)變少而出現(xiàn)增益不夠的情況。另ー方面，自激振蕩產(chǎn)生的大能量激光會(huì)對(duì)光學(xué)元件造成毀滅性損傷。此外，由于自激振蕩的出現(xiàn)，該激光晶體內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)大能量的原本不需要的激光，這會(huì)對(duì)激光晶體以及激光晶體所在的激光放大器系統(tǒng)的ー些光學(xué)器件帶來(lái)毀滅性損傷，可能會(huì)使整個(gè)激光放大系統(tǒng)受到毀滅性損傷。對(duì)高增益的多程激光放大系統(tǒng)，這種現(xiàn)象帶來(lái)的損害更大，使得該激光放大系統(tǒng)可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供ー種激光晶體，可消除激光晶體中的自激振蕩。本發(fā)明提供ー種激光晶體，沿縱軸延伸，其具有第一端面和第二端面，激光束從第一端面入射并從第二端面透射出激光晶體，其中至少第一端面和第二端面之一與所述縱軸非垂直。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面與第二端面均與所述縱軸非垂直。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線在同一平面內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線在不同的平面內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線向不同的方向傾斜。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線向相同的方向傾斜。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面與所述縱軸之間的夾角以及第ニ端面與所述縱軸之間的夾角被設(shè)置為使穿過(guò)第一端面進(jìn)入激光晶體的激光束被第二端面反射而形成的反射激光束直接透射出激光晶體之外。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面與所述縱軸之間的夾角以及第ニ端面與所述縱軸之間的夾角被設(shè)置為使穿過(guò)第一端面進(jìn)入激光晶體的激光束被第二端面反射后再經(jīng)過(guò)第一端面的反射而形成的反射激光束直接透射出激光晶體之外。根據(jù)本發(fā)明提供的激光晶體，其中第一端面與所述縱軸之間的夾角Θ滿(mǎn)足tan2 Θ > d/1,或者第二端面與所述縱軸之間的夾角α滿(mǎn)足tan2 a > d/1,或者同時(shí)滿(mǎn)足tan2 Θ ^ d/l> tan2 α > d/1。本發(fā)明還提供ー種具有上述激光晶體的激光放大器。本發(fā)明在激光晶體中采用了非垂直的端面，可有效地避免激光自激振蕩的形成，且操作容易、極易實(shí)現(xiàn)。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)ー步說(shuō)明，其中 圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的又ー實(shí)施例的激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例提供ー種激光晶體1，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，該激光晶體I為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有端面SI (入射端面)和S2 (出射端面)，其中端面SI垂直于縱軸A，即端面SI的法線與縱軸A平行，而端面S2與縱軸A非垂直，即端面S2的法線N與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ < 90° )，其中該圖2為沿著端面S2的法線N與縱軸A所在的平面切割該激光晶體I而得到的截面示意圖。從圖2中可知，當(dāng)入射激光束L垂直于端面SI地入射到激光晶體中后，入射激光束L沿縱軸A方向傳播并入射到端面S2上，入射激光束L中的一部分透射穿過(guò)端面S2成為透射激光束Lt，另一部分由于端面S2的反射而成為反射激光束Lr，由于端面S2的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr與入射激光束L之間具有夾角2 Θ，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體I中來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。實(shí)施例2本實(shí)施例提供ー種激光晶體2，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，該激光晶體2為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有端面SI (入射端面)和S2 (出射端面)，其中端面S2垂直于縱軸A，即端面S2的法線與縱軸A平行，而端面SI與縱軸A非垂直，即端面SI的法線N與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ <90° )，其中該圖3為沿著端面SI的法線N與縱軸A所在的平面切割該激光晶體2而得到的截面示意圖。從圖3中可知，當(dāng)入射激光束L平行于縱軸A地入射到激光晶體中后，由于折射率的作用入射激光束L稍稍偏離縱軸A方向傳播，并入射到端面S2上，入射激光束L中的一部分透射穿過(guò)端面S2成為透射激光束Lt，另一部分由于端面S2的反射而成為反射激光束Lr，反射激光束Lr被反射到端面SI上，由于端面SI的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr被偏轉(zhuǎn)約2 Θ角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體2中來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。另外，入射激光束L沿縱軸A入射到端面SI吋，也會(huì)有一部分光被端面SI反射，形成反射激光束L’，由于端面SI的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束L’被偏轉(zhuǎn)2Θ角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體與激光晶體以外的其他光學(xué)器件之間來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。實(shí)施例3本實(shí)施例提供ー種激光晶體3，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，該激光晶體3為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有端面SI (入射端面)和S2 (出射端面)，其中端面SI和SI均與縱軸A非垂直，端面SI的法線NI與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ < 90° )，端面S2的法線N2與縱軸 A呈ー夾角α (0° < α <90° )，其中端面SI的法線NI、端面S2的法線Ν2在同一平面上，其中該圖4為沿著法線NI、法線N2、縱軸A所在的平面切割該激光晶體3而得到的截面示意圖。從圖4中可知，當(dāng)入射激光束L平行于縱軸A地入射到激光晶體中后，由于折射率的作用入射激光束L稍稍偏離縱軸A方向傳播，并入射到端面S2上，入射激光束L中的一部分透射穿過(guò)端面S2成為透射激光束Lt，另一部分由于端面S2的反射而成為反射激光束Lr，由于端面S2的法線N2與縱軸A之間具有夾角α，因此反射激光束Lr被偏轉(zhuǎn)約2 α角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體3中來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。另外，入射激光束L沿縱軸A入射到端面SI吋，也會(huì)有一部分光被端面SI反射，形成反射激光束L’，由于端面SI的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束L’被偏轉(zhuǎn)2Θ角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體與激光晶體以外的其他光學(xué)器件之間來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中端面SI的法線NI與縱軸A之間的夾角Θ與端面S2的法線Ν2與縱軸A之間的夾角α可以相等，也可以不相等，但優(yōu)選為θ=α，這樣可校正由于激光晶體的折射率而產(chǎn)生的傳播方向偏離，使透射激光束Lt與入射激光束L的傳播方向完全相同。實(shí)施例4本實(shí)施例提供ー種激光晶體4，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，該激光晶體4為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有端面SI (入射端面)和S2 (出射端面)，其中端面SI和SI均與縱軸A非垂直，端面SI的法線NI與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ < 90° )，端面S2的法線Ν2與縱軸A呈ー夾角α (0° < α < 90° )，與實(shí)施例3中的激光晶體的區(qū)別在于端面SI和端面S2的傾斜方向相同，其中端面SI的法線NI、端面S2的法線N2在同一平面上，其中該圖5為沿著法線NI、法線N2、縱軸A所在的平面切割該激光晶體4而得到的截面示意圖，為平行四邊形。從圖5中可知，當(dāng)入射激光束L平行于縱軸A地入射到激光晶體中后，由于折射率的作用入射激光束L稍稍偏離縱軸A方向在激光晶體中傳播，并入射到端面S2上，入射激光束L中的一部分透射穿過(guò)端面S2成為透射激光束Lt，另一部分由于端面S2的反射而成為反射激光束Lr，由于端面S2的法線N2與縱軸A之間具有夾角α，因此反射激光束Lr被偏轉(zhuǎn)約2 α角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體4中來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。另外，入射激光束L沿縱軸A入射到端面SI吋，也會(huì)有一部分光被端面SI反射，形成反射激光束L’，由于端面SI的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束L’被偏轉(zhuǎn)2Θ角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體與激光晶體以外的其他光學(xué)器件之間來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中端面SI的法線NI與縱軸A之間的夾角Θ與端面S2的法線Ν2與縱軸A之間的夾角α可以相等，也可以不相等，但優(yōu)選為θ=α，這樣可校正由于激光晶體的折射率而產(chǎn)生的傳播方向偏離，使透射激光束Lt與入射激光束L的傳播方向完全相同。在本實(shí)施例這種端面SI的法線NI與端面S2的法線Ν2在同一平面上且端面SI 與端面S2的傾斜方向相同的情況下，值得注意的ー種特殊情況是，當(dāng)激光束L由于激光晶體的折射率而偏離縱軸A的角度等于S2的法線Ν2與縱軸A之間的夾角α?xí)r，激光束L將垂直入射到端面S2，被S2反射后原路返回到端面SI，但是由于端面SI的法線NI與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr被偏轉(zhuǎn)2 Θ角度，而并不是原路返回，因此同樣不會(huì)在激光晶體中來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。另外，入射激光束L沿縱軸A入射到端面SI時(shí)，也會(huì)有一部分光被端面SI反射，形成反射激光束L’，由于端面SI的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束L’被偏轉(zhuǎn)2Θ角度，而并不是原路返回，因此不會(huì)在激光晶體與激光晶體以外的其他光學(xué)器件之間來(lái)回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。實(shí)施例5在上述實(shí)施例中，提供了幾種不同的端面傾斜方式，均能夠使激光束通過(guò)兩個(gè)端面的一次或多次反射而最終離開(kāi)激光晶體。在實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)選為使反射激光束在離開(kāi)激光晶體前盡可能較少次數(shù)地被端面反射。 本實(shí)施例提供了ー種激光晶體5，通過(guò)限制端面的傾斜角度，使反射激光束可直接離開(kāi)激光晶體，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I中的激光晶體的結(jié)構(gòu)大致相同，如圖6所示，該激光晶體5為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有端面SI (入射端面)和S2 (出射端面)，其中端面SI垂直于縱軸Α，即端面SI的法線與縱軸A平行，而端面S2與縱軸A非垂直，即端面S2的法線N與縱軸A呈ー夾角Θ (0° く Θ <90° )，其中該圖6為沿著端面S2的法線N與縱軸A所在的平面切割該激光晶體5而得到的截面示意圖。相對(duì)來(lái)說(shuō)，入射激光束在貼近激光晶體的長(zhǎng)度較小的ー邊傳播時(shí)，最不容易使端面S2反射的反射激光束Lr直接透射到激光晶體之外而不再被端面SI反射，因此如圖6所示，以貼近激光晶體的長(zhǎng)度較小的一邊傳播的入射激光束L為例來(lái)說(shuō)明能夠保證反射激光束Lr直接透射到激光晶體之外的邊界條件。如圖6所示，能夠保證反射激光束Lr直接透射到激光晶體之外的邊界條件為I， < 1，其中I為激光晶體的較短邊的長(zhǎng)度，I’為反射激光束Lr在激光晶體的縱軸方向上的投影的長(zhǎng)度，由此可知，當(dāng)I’ ( I時(shí)，反射激光束Lr可直接透射到激光晶體之外而不會(huì)入射到端面SI上。其中I’ =d’ /tan2 θ，因?yàn)槿肷浼す馐鳯貼近激光晶體的長(zhǎng)度較小的ー邊傳播，因此d’ ^ d (d為激光晶體的直徑)，由此I’ ^ d/tan2 Θ。由此可推出d/tan2 Θ ( I因此，tan2Θ 彡 d/1。其中由于激光晶體為棒狀，其長(zhǎng)度通常遠(yuǎn)大于其直徑，因此可認(rèn)為激光晶體的沿縱軸A的較長(zhǎng)邊和較短邊的長(zhǎng)度基本相等，統(tǒng)稱(chēng)為激光晶體的長(zhǎng)度，因此可用I代表激光晶體的長(zhǎng)度。例如，本實(shí)施例中，激光介質(zhì)的直徑為20mm,長(zhǎng)度為360mm,則利用上述公式tan2 9 >d/l，計(jì)算出Θ >1.59°時(shí)，即可保證反射激光束Lr可直接透射到激光晶體之外 而不會(huì)入射到端面SI上。為了便于切割，可選擇切割角度Θ =2°，即可避免激光的自激振蕩。對(duì)于上述實(shí)施例3和實(shí)施例4中的激光晶體，盡管由于入射端面SI傾斜而導(dǎo)致入射激光束由于折射率的作用而稍稍偏離縱軸A，但是在實(shí)際應(yīng)用中可近似地認(rèn)為激光束與縱軸平行地傳播，因此在實(shí)施例3和實(shí)施例4的情況中，也可以利用公式tan2 Θ > d/1來(lái)計(jì)算出使反射激光束Lr直接透射到激光晶體之外的Θ值的大致范圍。對(duì)于上述實(shí)施例2中的激光晶體，由于入射端面SI傾斜而導(dǎo)致入射激光束由于折射率的作用而稍稍偏離縱軸A，并使反射激光束Lr在入射到端面SI之前稍稍偏離縱軸A，但是在實(shí)際應(yīng)用中可近似地認(rèn)為反射激光束Lr與縱軸平行地入射到端面SI上，因此，也可以利用公式tan2 Θ ^ d/1來(lái)計(jì)算出使反射激光束Lr僅經(jīng)過(guò)端面SI的一次反射即透射到激光晶體之外的Θ值的大致范圍。對(duì)于其他形狀的激光晶體，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地推導(dǎo)出使反射激光束Lr直接透射到激光晶體之外，或僅經(jīng)過(guò)端面的一次或兩次或較少次反射即透射到激光晶體之外的Θ值的大致范圍。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中激光晶體不限于棒狀，也可以為其他條狀，例如截面為矩形、橢圓形等的條狀。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中激光晶體的兩個(gè)端面的法線可以如上述實(shí)施例那樣位于同一個(gè)平面內(nèi)，也可以位于不同的平面內(nèi)，例如如圖7所示的那樣，一個(gè)端面在上下方向傾斜，另一個(gè)端面朝左右方向傾斜。綜上所述，對(duì)于條狀激光晶體，只要入射端面和出射端面之一的法線相對(duì)于條狀激光晶體的縱軸具有一定角度的傾斜，即可保證激光不會(huì)在激光晶體中來(lái)回振蕩，有效避免激光自激振蕩的形成。在優(yōu)選實(shí)施例中，使入射端面和出射端面之一的法線相對(duì)于條狀激光晶體的縱軸傾斜的角度Θ被設(shè)計(jì)為，使被出射端面反射的反射激光束在離開(kāi)激光晶體前盡可能較少次數(shù)地被端面反射。在更優(yōu)選實(shí)施例中，使入射端面和出射端面之一的法線相對(duì)于條狀激光晶體的縱軸傾斜的角度Θ被設(shè)計(jì)為，使被出射端面反射的反射激光束直接透射出激光晶體。在更優(yōu)選實(shí)施例中，使入射端面和出射端面之一的法線相對(duì)于條狀激光晶體的縱軸傾斜的角度Θ被設(shè)計(jì)為，Θ滿(mǎn)足tan2 0彡d/1。上述實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要在O至90 °之間選擇激光晶體端面的法線與激光晶體縱軸之間的傾斜角度。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.ー種激光晶體，沿縱軸延伸，其具有第一端面和第二端面，激光束從第一端面入射并從第二端面透射出激光晶體，其中至少第一端面和第二端面之一與所述縱軸非垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光晶體，其中第一端面與第二端面均與所述縱軸非垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線在同一平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線在不同的平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線向不同的方向傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光晶體，其中第一端面的法線與第二端面的法線向相同的方向傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光晶體，其中第一端面與所述縱軸之間的夾角以及第ニ端面與所述縱軸之間的夾角被設(shè)置為使穿過(guò)第一端面進(jìn)入激光晶體的激光束被第二端面反射而形成的反射激光束直接透射出激光晶體之外。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光晶體，其中第一端面與所述縱軸之間的夾角以及第ニ端面與所述縱軸之間的夾角被設(shè)置為使穿過(guò)第一端面進(jìn)入激光晶體的激光束被第二端面反射后再經(jīng)過(guò)第一端面的反射而形成的反射激光束直接透射出激光晶體之外。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光晶體，其中第一端面與所述縱軸之間的夾角Θ滿(mǎn)足tan2 Θ ≥d/1,或者第二端面與所述縱軸之間的夾角α滿(mǎn)足tan2 a > d/1,或者同時(shí)滿(mǎn)足tan2 Θ≥d/1、tan2 α≥d/1，其中d為激光晶體的直徑，I為激光晶體的長(zhǎng)度。
10.ー種具有根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的激光晶體的激光放大器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光晶體，沿縱軸延伸，其具有第一端面和第二端面，激光束從第一端面入射并從第二端面透射出激光晶體，其中至少第一端面和第二端面之一與所述縱軸非垂直。本發(fā)明還提供一種包括上述激光晶體的激光放大器。
文檔編號(hào)H01S3/16GK102694338SQ201210158459
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者唐熊忻, 樊仲維, 邱基斯 申請(qǐng)人:北京國(guó)科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司