本技術(shù)涉及全固體激光器，尤其涉及一種2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置

背景技術(shù)：

1、2微米波段激光為人眼安全波段，特別是這個波段覆蓋著很多分子的吸收峰，如h2o、co2、no2等，其在激光醫(yī)療、工業(yè)制造、大氣污染監(jiān)測等方向廣泛應(yīng)用。隨著2微米波段激光應(yīng)用市場的發(fā)展需求，一機多功能、簡單緊湊可靠、器件少造價便宜的2微米實用化設(shè)備，將更加受到市場的青睞。

2、目前，常用于實現(xiàn)2微米波段激光的增益介質(zhì)主要包括單摻鈥(ho3+)離子晶體(ho:yag)、單摻銩(tm3+)離子晶體(tm:ylf，tm:yag，tm:yap)、多摻銩鈥(tm3+,ho3+)離子晶體(cr,tm,ho:yag，tm,ho:yag，tm,ho:ylf)等。這些晶體有共同的不足之處，它們的受激發(fā)射截面值很小，如tm:yag晶體的受激發(fā)射截面值為～2×10-21/cm2，nd:yag晶體受激發(fā)射截面值～2.8×10-19/cm2，yb:yag晶體受激發(fā)射截面～2.1×10-20/cm2。tm:yag晶體的受激發(fā)射截面值為nd:yag晶體受激發(fā)射截面值的1％，為yb:yag晶體受激發(fā)射截面的1/10。這些晶體統(tǒng)稱為2微米波段低增益介質(zhì)。另外，采用這些2微米波段低增益介質(zhì)的激光器屬于三能級系統(tǒng)且重吸收，晶體熱效應(yīng)嚴重。因此，2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率或者高平均功率激光輸出極其困難。

3、近年來，國內(nèi)外科研機構(gòu)、高校、企業(yè)對2微米波段激光進行了深入研究，技術(shù)人員采用結(jié)構(gòu)緊湊簡單的激光振蕩放大腔技術(shù)方案獲得100瓦級高平均功率激光輸出，但是激光峰值功率低，處于千瓦(kw)級水平。工業(yè)制造2微米波段激光打標速度慢，激光醫(yī)療2微米波段激光碎石不理想。進一步，為了獲得高峰值功率激光輸出，技術(shù)人員采用激光振蕩放大與功率放大系統(tǒng)組合的技術(shù)方案，或者采用多路激光輸出然后合束的技術(shù)方案，但是這就導致激光系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性降低、元器件多造價高，阻礙了該技術(shù)廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型提供一種2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，用以解決或部分解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

2、本實用新型提供一種2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，包括2微米波段低增益介質(zhì)模塊、高反鏡、q開關(guān)、高耦合率輸出鏡模塊、低耦合率輸出鏡模塊、電源及控制器；

3、其中，所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊、所述高反鏡、所述q開關(guān)，與所述高耦合率輸出鏡模塊組成第一組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔，與所述低耦合率輸出鏡模塊組成第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔；所述第一組和第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔通過所述控制器一鍵切換，從中分別輸出2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率激光和高平均功率激光；

4、所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊包括：2微米波段低增益介質(zhì)及780～795nm系列半導體激光器；其中，所述780～795nm系列半導體激光器發(fā)出泵浦光激發(fā)所述2微米波段低增益介質(zhì)；從而實現(xiàn)所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊產(chǎn)生激光輻射；2微米波段低增益介質(zhì)及780～795nm系列半導體激光器均被水冷機冷卻(圖中未示出)；

5、所述高反鏡鍍2微米波段0°入射高反膜，反射率不小于99％，被安裝固定在結(jié)構(gòu)件中，具備防止滑脫以及光路調(diào)節(jié)功能；

6、所述q開關(guān)為2微米波段聲光q開關(guān)/電光q開關(guān)，用于調(diào)制2微米波段激光的重復(fù)頻率和脈沖寬度；

7、所述高耦合率輸出鏡模塊包括：高耦合率輸出鏡及高耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件；所述高耦合率輸出鏡固定安裝在所述高耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件上；

8、所述低耦合率輸出鏡模塊包括：低耦合率輸出鏡及低耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件；所述低耦合率輸出鏡固定安裝在所述低耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件上；

9、所述高耦合率輸出鏡在2微米波段的輸出耦合率為t1，所述低耦合率輸出鏡在2微米波段的輸出耦合率為t2，需要滿足t1>t2；其中12％≤t1≤50％，4％≤t2＜12％；所述電源與所述780～795nm系列半導體激光器連接，用于提供直流電源，直流電壓大于20v；

10、所述控制器用于操作所述電源，以及切換激光裝置中的第一組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔或第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔，即一鍵自動切換優(yōu)化所述高耦合率輸出鏡模塊或低耦合率輸出鏡模塊的位置及方位；

11、其中，當所述控制器切換到所述第一組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔時：所述高耦合率輸出鏡模塊通過所述高耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件自動變換位置與方位，優(yōu)化完成所述高耦合率輸出鏡的位置，優(yōu)化包括水方向的搖擺和豎直方向上的俯仰，從而所述高反鏡、q開關(guān)、2微米波段低增益介質(zhì)和高耦合率輸出鏡處于同軸排布關(guān)系，滿足激光諧振腔要求，獲得第一組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔；所述高耦合率輸出鏡用于降低第一組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔內(nèi)器件表面峰值功率密度，保證器件不被損傷；所述q開關(guān)按照初始設(shè)置的低重復(fù)頻率100hz至1000hz范圍內(nèi)、脈沖寬度納秒級運行；所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊產(chǎn)生的激光輻射在所述第一組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔中振蕩放大，首先所述電源提供直流電源使得所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊產(chǎn)生激光輻射，然后激光輻射在行進中被所述高反鏡反射折回，被反射折的激光輻射被所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊放大，被放大后的激光輻射在行進中被所述高耦合率輸出鏡按照輸出耦合率t1輸出一部分，剩余部分被反射折回，被反射折回的激光輻射再次被所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊放大，隨后又被高反鏡反射折回，被反射折回的激光輻射再次被所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊放大，被放大后的激光輻射在行進中被所述高耦合率輸出鏡按照輸出耦合率t1輸出一部分，剩余部分被反射折回，進行多次循環(huán)，最終產(chǎn)生2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率激光，激光峰值功率大于2萬瓦；

12、當所述控制器切換到所述第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔時，所述低耦合率輸出鏡模塊通過所述低耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件自動變換位置與方位，優(yōu)化完成所述低耦合率輸出鏡的位置，從而所述高反鏡、所述q開關(guān)、所述2微米波段低增益介質(zhì)和所述低耦合率輸出鏡處于同軸排布關(guān)系，滿足激光諧振腔要求，獲得第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔；所述低耦合率輸出鏡用于保持第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔中高效功率提??；所述q開關(guān)按照初始設(shè)置的高重復(fù)頻率大于1khz運行；從而所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊產(chǎn)生的激光輻射在所述第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔中振蕩放大，所述低耦合率輸出鏡按照輸出耦合率t2輸出一部分，剩余部分被反射折回，進行多次循環(huán)，最終產(chǎn)生2微米波段低增益介質(zhì)高平均功率激光，激光平均功率大于100瓦。

13、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，從所述第一組和第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔中輸出的激光包括單臂共軸輸出和雙臂非共軸輸出；

14、所述控制器一鍵切換，所述高耦合率輸出鏡模塊和低耦合率輸出鏡模塊分別在所述第一組和第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔中自動變換位置與方位，分別產(chǎn)生2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率激光和高平均功率激光；當2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率激光和高平均功率激光沿同一臂、共軸傳輸，稱之為單臂共軸輸出；當2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率激光和高平均功率激光沿兩臂、非共軸傳輸，稱之為雙臂非共軸輸出。

15、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述第一組和第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔自動變換位置與方位的方式，包括在水平面上移動自動變換和在豎直面上轉(zhuǎn)動自動變換的方式。

16、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述高耦合率輸出鏡和低耦合率輸出鏡，包括在一片光學基片表面鍍制t1和t2兩種輸出耦合率和在二片光學基片表面鍍制t1和t2兩種輸出耦合率。

17、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述高耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件和所述低耦合率輸出鏡位置移動與反饋器件，包括分體結(jié)構(gòu)和一體結(jié)構(gòu)。

18、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述第一組和第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔包括1個至5個所述2微米波段低增益介質(zhì)模塊。

19、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述2微米波段低增益介質(zhì)，包括單摻雜銩離子、單摻雜鈥離子和多摻雜銩鈥離子的激光晶體。

20、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述2微米波段低增益介質(zhì)，包括棒狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)和板條結(jié)構(gòu)。

21、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述780～795nm系列半導體激光器，包括列陣結(jié)構(gòu)、面陣結(jié)構(gòu)和光纖耦合結(jié)構(gòu)。

22、根據(jù)本實用新型提供的2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置，所述電源包括直流電源和脈沖電源，所述780～795nm系列半導體激光器，包括連續(xù)波半導體激光器、脈沖半導體激光器和連續(xù)波半導體激光器與脈沖半導體激光器混合。

23、本實用新型提供的一種2微米波段低增益介質(zhì)高峰值功率和高平均功率激光裝置。采用控制器一鍵切換第一組和第二組2微米波段低增益介質(zhì)激光振蕩放大腔簡單化結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決現(xiàn)有2微米波段低增益介質(zhì)激光技術(shù)不足，實現(xiàn)一臺2微米波段低增益介質(zhì)激光裝置既能高峰值功率激光輸出(大于2萬瓦)，又能高平均功率激光輸出(大于1百瓦)，一機多功能，裝置簡單可靠性高，器件少造價便宜，應(yīng)用方向更廣泛。