專利名稱：高光效微片激光器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及固體激光器，特別是一種高光效微片激光器，尤其適合短腔單縱模的微片激光器。
背景技術(shù)：
微片激光器具有全固化、體積小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊等優(yōu)點。由于微片激光器容易獲取高重復頻率的亞納秒級、峰值功率達數(shù)千瓦、單脈沖能量微焦耳量級的調(diào)Q脈沖。因此，在遠程測量、三維成像、環(huán)境監(jiān)測、微機械、微型手術(shù)等方面將有十分廣泛地應用前景。但由于微片激光器腔長一般都較短，特別為產(chǎn)生單縱模輸出的短腔微片激光 器，腔長一般都在Imm以下，因此腔模模體積都非常小，激光介質(zhì)也非常薄，相應的腔內(nèi)所能存儲的能量非常有限，大量的泵浦光無法被充分吸收，結(jié)果導致采用常規(guī)摻雜濃度的短腔微片激光器存在輸出功率和整體光效偏低的缺點。例如，1994年，J. J. Zayhowski等人采用O. 5mm, I. 8%摻雜濃度的Nd3+ =YAG晶體和
O.25mmCr4+ :YAG調(diào)Q晶體組成的激光微片，在I. 2W泵浦下，激光輸出功率僅為66mw，整體光效 6%[參見文獻 I- September 15，1994 / Vol. 19，No. 18 / OPTICS LETTERS。2006年]，M. GONG等人采用O. 6mm, I. 8%摻雜濃度的Nd3+ =YAG和O. 25mm Cr4+ YAG調(diào)Q晶體構(gòu)成的激光微片，在IW泵浦下，實現(xiàn)了 100KHZ，IOOmw脈沖輸出，整體光效僅為10%[參見文獻2- ELECTRONICS LETTERS 22nd June 2006 Vol. 42 No. 13]。由上述例子，二者所采用的微片激光器結(jié)構(gòu)中激光介質(zhì)對于泵浦光的吸收效率都在50%左右，直接導致了整體光效和輸出功率都較低，進而大大限制其直接應用。為提高泵浦光吸收效率，人們研發(fā)出各種高摻雜濃度的激光晶體，但高摻雜激光介質(zhì)都普遍存在熱效應嚴重，激光猝滅等問題，無法用于大功率泵浦應用。因此如何將沒有完全吸收的泵浦光束進行有效的利用是提高短腔微片激光器整體光效的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高光效微片激光器，該高光效微片激光器具有結(jié)構(gòu)簡單，泵浦效率高的特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種高光效微片激光器，包括泵浦光源和耦合透鏡，其特點是沿泵浦光源的激光輸出方向自左至右依次是所述的耦合透鏡、全反射腔膜、激光介質(zhì)、部分反射腔膜、第一曲面、放大介質(zhì)和第二曲面，在熱沉內(nèi)依次設置所述的激光介質(zhì)和放大介質(zhì)，所述的第一曲面和第二曲面是所述的放大介質(zhì)的兩個端面。在所述的激光介質(zhì)和所述的放大介質(zhì)的第一曲面之間還有被動調(diào)Q介質(zhì)。所述的全反射腔膜是對泵浦光全透而對激光介質(zhì)產(chǎn)生的信號光全反射的膜層，鍍在所述的激光介質(zhì)的左端面，所述的部分反射腔膜是對信號光部分反射和對泵浦光透射的膜層，該部分反射腔膜鍍在所述的激光介質(zhì)的右端面、被動調(diào)Q介質(zhì)的右端面或放大介質(zhì)的左端面，所述的全反射腔膜、激光介質(zhì)和部分反射腔膜構(gòu)成激光諧振腔。所述的第一曲面和第二曲面為平面、球面或非球面。所述的激光介質(zhì)和放大介質(zhì)是摻Nd3+、摻Y(jié)b3+、摻Er3+或摻Tm3+的激光晶體，或摻Nd3+、摻Y(jié)b3+、摻Er3+或摻Tm3+的激光陶瓷，或摻Nd3+、摻Y(jié)b3+、摻Er3+或摻Tm3+的激光玻璃。所述的熱沉可以是Al2O3, AlN等陶瓷材料，也可以是鋁、銅等金屬材料制成，通過導熱膠粘接或者金屬焊料焊接(AuSn, PbSn等焊料,此時激光介質(zhì)或放大介質(zhì)側(cè)面和相應熱沉接觸面需要鍍金焊盤)將所述激光介質(zhì)或放大介質(zhì)直接固定在其上。熱沉總長度略大于激光介質(zhì)左端面頂點到放大介質(zhì)右端面頂點間的長度，起到保護端面作用。本發(fā)明的工作原理如下
全反射腔面膜和部分反射腔面膜構(gòu)成光學諧振腔，激光介質(zhì)吸收泵浦光后，形成激光 振蕩，如光學諧振腔內(nèi)部包含被動調(diào)Q介質(zhì)，貝1J可輸出脈沖激光。放大介質(zhì)的第一曲面對殘余泵浦光和信號光進行整形，實現(xiàn)泵浦光和信號光的良好重疊，當泵浦光通過放大介質(zhì)被完全吸收后，實現(xiàn)信號光放大，提高系統(tǒng)光效。放大介質(zhì)的第二曲面對信號光再次整形，實現(xiàn)信號光聚焦或準直輸出。所述的熱沉對激光介質(zhì)，被動被動調(diào)Q介質(zhì)和放大介質(zhì)起到散熱和固定作用。本發(fā)明的技術(shù)效果如下
I、本發(fā)明的全反腔面膜和部分反腔面膜構(gòu)成光學諧振腔，當光學諧振腔內(nèi)僅有激光介質(zhì)時，輸出的信號光為連續(xù)光，當光學諧振腔內(nèi)包括激光介質(zhì)和被動調(diào)Q介質(zhì)，貝1J輸出的信號光為脈沖激光。2、由于本發(fā)明高光效微片激光器包含有放大介質(zhì),信號光和未被激光介質(zhì)完全吸收的殘余泵浦光通過第一曲面后，實現(xiàn)良好重疊，放大介質(zhì)吸收殘余泵浦光，從而對光信號進行放大，提高整體輸出功率和光效。實驗表明，本發(fā)明可提高輸出功率40%以上。3、熱沉對各個器件進行固定和散熱，實現(xiàn)了整個激光器模塊化封裝。本發(fā)明高光效微片激光器具有結(jié)構(gòu)簡單，泵浦效率高的特點。


圖I是本發(fā)明高光效微片激光器實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明高光效微片激光器實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。實施例I
先請參閱圖1，圖I是本發(fā)明高光效微片激光器實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明高光效微片激光器，包括泵浦光源9和聚焦系統(tǒng)10，沿泵浦光源9激光輸出方向自左至右依次是所述的耦合透鏡10、全反射腔膜I、激光介質(zhì)2、被動調(diào)Q介質(zhì)3、部分反射腔膜4、第一曲面5、放大介質(zhì)6和第二曲面7,在一個圓筒形熱沉8內(nèi)依次設置所述的激光介質(zhì)2和放大介質(zhì)6，所述的第一曲面5和第二曲面7是所述的放大介質(zhì)6的兩個端面。所述的第一曲面5是平面，所述的第二曲面7為球面，R=8mm (如圖所示)泵浦光源9，輸出光束經(jīng)聚焦系統(tǒng)10聚焦后進入激光介質(zhì)2，激光介質(zhì)2為Nd3+:YAG，被動調(diào)Q介質(zhì)3為Cr4+ YAG, 二者采用熱鍵合方式結(jié)合在一起，全反腔膜鍍在激光介質(zhì)2的左端面，部分反射腔面膜鍍在放大介質(zhì)6的左端面，形成諧振腔，為滿足單縱模輸出條件，腔長小于O. 9mm,放大介質(zhì)6為IOmm I. 1%摻雜濃度的Nd3+ YAG,并緊貼調(diào)Q介質(zhì)放置，吸收殘余泵浦光對信號光進行放大。根據(jù)實測結(jié)果，1064nm輸出功率提升40%。實施例2
參閱圖2，圖2是本發(fā)明高光效微片激光器實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明高光效微片激光器，包括泵浦光源9和耦合透鏡10，沿泵浦光源9激光輸出方向自左至右依次是所述的耦合透鏡10、全反射腔膜I、激光介質(zhì)2、被動調(diào)Q介質(zhì)3、部分反射腔膜4、第一曲面5、放大介質(zhì)6和第二曲面7,在一個圓筒形熱沉8內(nèi)依次設置所述的激光介質(zhì)2和放大介質(zhì)6，所述的第一曲面5和第二曲面7是所述的放大介質(zhì)6的兩個端面。所述的第一曲面
5為球面，曲率半徑R=3mm，所述的第二曲面7為球面，曲率半徑R=6mm。泵浦光源9，輸出光束經(jīng)聚焦透鏡10聚焦后進入激光介質(zhì)2，激光介質(zhì)2為Nd3+ YAG，被動調(diào)Q介質(zhì)3為Cr4+ YAG, 二者采用熱鍵合方式結(jié)合在一起，全反腔面膜鍍在激光介質(zhì)2左端，部分反射腔面膜鍍在被動調(diào)Q介質(zhì)3右端，形成諧振腔，為滿足單縱模輸出條件，腔長小于O. 5mm,放大介質(zhì)6為10mm，I. 1%摻雜濃度的Nd3+ YAG,吸收殘余泵浦光對信號光進行放大。實驗表明，1064nm的輸出功率提升60%。本發(fā)明微片激光器具有結(jié)構(gòu)簡單，泵浦效率高的特點。
權(quán)利要求
1.一種高光效微片激光器，包括泵浦光源(9)和耦合透鏡(10)，其特征是沿泵浦光源(9)輸出光束方向自左至右依次是所述的耦合透鏡(10)、全反射腔膜(I)、激光介質(zhì)(2)、部分反射腔膜(4)、第一曲面(5)、放大介質(zhì)(6)和第二曲面(7)，在一個熱沉(8)內(nèi)依次設置所述的激光介質(zhì)(2)和放大介質(zhì)(6)，所述的第一曲面(5)和第二曲面(7)是所述的放大介質(zhì)(6)的兩個端面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光效微片激光器，其特征是在所述的激光介質(zhì)(2)和所述的部分反射腔膜之間還有被動調(diào)Q介質(zhì)(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高光效微片激光器，其特征在于所述的全反射腔膜(I)是對泵浦光全透而對激光介質(zhì)(2)產(chǎn)生的信號光全反射的膜層，鍍在所述的激光介質(zhì)(2)的左端面，所述的部分反射腔膜(4)是對信號光部分反射和對泵浦光透射的膜層，該部分反射腔膜(4)鍍在所述的激光介質(zhì)(2)的右端面、或被動調(diào)Q介質(zhì)(3)的右端面、或放大介質(zhì)(6)的左端面，所述的全反射腔膜(I)、激光介質(zhì)(2)和部分反射腔膜(4)構(gòu)成激光諧振腔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高光效微片激光器，其特征在于所述的第一曲面(5)和第二曲面(7)為平面、球面或非球面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高光效微片激光器，其特征在于所述的激光介質(zhì)(2)和放大介質(zhì)(6)是摻Nd3+、摻Y(jié)b3+、摻Er3+或摻Tm3+的激光晶體，或摻Nd3+、摻Y(jié)b3+、摻Er3+或摻Tm3+的激光陶瓷，或摻Nd3+、摻Y(jié)b3+、摻Er3+或摻Tm3+的激光玻璃。
全文摘要
一種高光效微片激光器，依次包括全反腔面膜、激光介質(zhì)、被動調(diào)Q介質(zhì)(可選)，部分反腔面膜、第一曲面、放大介質(zhì)、第二曲面和熱沉。泵浦光源發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過耦合透鏡后，入射到激光介質(zhì)內(nèi)，全反腔面膜和部分反腔面膜構(gòu)成光學諧振腔，當泵浦光超過閾值后，形成連續(xù)或脈沖激光輸出。未被激光介質(zhì)完全吸收的殘余泵浦光經(jīng)第一曲面后入射到放大介質(zhì)內(nèi)被完全吸收，提高整體輸出功率和光效。第二曲面對輸出激光起到聚焦或準直作用。熱沉對各個器件進行固定和散熱，實現(xiàn)了整個激光器模塊化封裝。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，泵浦效率高的特點。
文檔編號H01S3/042GK102891428SQ201210399579
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者彭彪, 李驍軍, 馬昌贊, 侯曉亮 申請人:上海飛博激光科技有限公司