全固態(tài)激光器及其調(diào)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全固態(tài)激光器及其調(diào)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無水冷高峰值功率的DPL(D1de Pumped solid state Laser，全固態(tài)激光器)以其體積小、重量輕、效率高等特點，在醫(yī)療衛(wèi)生、空間雷達(dá)，乃至軍事等領(lǐng)域迅速發(fā)展，其研究受到極大關(guān)注，隨著應(yīng)用的平臺越來越廣泛，對激光器光束質(zhì)量、脈沖寬度的要求也越來越嚴(yán)格。
[0003]按栗浦方式來分類，無水冷全固態(tài)激光器可分為側(cè)面栗浦、端面栗浦等類型。側(cè)面栗浦具有結(jié)構(gòu)簡單，栗浦功率大的特點，可以輸出大能量激光。但是，單棒輸出光的圓度不夠高，于是出現(xiàn)雙棒串接的栗浦模式，有效的補(bǔ)償了激光的均勻性;但功耗和體積也會增大。于是，端面栗浦無水冷激光器應(yīng)運而生，采用導(dǎo)光錐將栗浦光耦合進(jìn)激光晶體的形式，可以得到大的能量輸出。但導(dǎo)光錐的出光面必須靠近激光晶體端面，晶體端面鍍?nèi)茨?。沒有全反鏡，不利于壓縮發(fā)散角。也有采用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL，Vertical CavitySurface Emitting Laser)作為端面栗浦源，由于其發(fā)射光斑呈圓性，易集成為大面積陣列，可以直接聚焦到晶體表面，可以增加后反鏡，其輸出光束質(zhì)量較好，但也不是單橫模，不利于激光成像的應(yīng)用，脈沖寬度也不窄，峰值功率小于10MW。
[0004]但是，如何在無水冷全固態(tài)、高峰值功率輸出的情況下，實現(xiàn)發(fā)散角小、光束質(zhì)量好以及脈沖寬度窄，是當(dāng)前急需解決的一個技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一種全固態(tài)激光器及其調(diào)試方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題之一。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光器，包括:
[0007]半導(dǎo)體栗浦源，用于輸出栗浦光；
[0008]耦合系統(tǒng)，用于傳輸和勻化栗浦光，并將栗浦光耦合進(jìn)激光晶體；
[0009]激光晶體，用于提供增益；
[0010]雙色平凸柱面全反鏡，設(shè)置在耦合系統(tǒng)和激光晶體之間，用于透射栗浦光，反射激光；
[0011]偏振片，用于起偏激光；
[0012]四分之一波片，用于使通過的激光偏振方向旋轉(zhuǎn)45°;
[0013]普克爾盒，未施加電壓時相當(dāng)于平片，當(dāng)對該普克爾盒施加四分之一電壓時相當(dāng)于四分之一波片；
[0014]平凹柱面輸出鏡，輸出激光。
[0015]進(jìn)一步，半導(dǎo)體栗浦源每個Bar條都錯位放置;栗浦光的峰值功率為<2400W，脈沖寬度為100?480ys。
[0016]進(jìn)一步，半導(dǎo)體栗浦源由半導(dǎo)體制冷片制冷，溫度控制在0.2°C內(nèi)。
[0017]進(jìn)一步，耦合系統(tǒng)包括:平凸柱面聚焦鏡、波導(dǎo)、平凸柱面準(zhǔn)直鏡和球面透鏡；其中，兩片平凸柱面聚焦鏡將栗浦光聚焦進(jìn)波導(dǎo)，栗浦光在波導(dǎo)傳輸過程中進(jìn)行勻化，均勻的栗浦光經(jīng)兩片平凸柱面準(zhǔn)直鏡、一片球面透鏡耦合進(jìn)激光晶體。
[0018]進(jìn)一步，耦合系統(tǒng)材料為石英或K9玻璃。
[0019]進(jìn)一步，激光晶體為Nd:YAG或Nd: YLF晶體，摻雜原子分?jǐn)?shù)為0.8%；散熱面由半導(dǎo)體制冷片制冷，溫度控制在23°C。
[0020]進(jìn)一步，平凸柱面全反鏡和平凹柱面輸出鏡組成諧振腔，總長10cm;平凸柱面全反鏡3凸面鍍激光全反膜;平凹柱面輸出鏡對激光部分透過。
[0021]進(jìn)一步，普克爾盒中調(diào)Q晶體為KD*P晶體或者Cr4+:YAG晶體。
[0022 ]另一方面，本發(fā)明還提供一種全固態(tài)激光器，包括:
[0023]半導(dǎo)體栗浦源，用于輸出栗浦光；
[0024]耦合系統(tǒng)，用于傳輸和勻化栗浦光，并將栗浦光耦合進(jìn)激光晶體；
[0025]激光晶體，用于提供增益；
[0026]Cr4+: YAG被動調(diào)Q晶體和平凹柱面輸出鏡構(gòu)成的諧振腔。
[0027]再一方面，本發(fā)明還提供一種全固態(tài)激光器的調(diào)試方法，包括:
[0028]步驟S101，半導(dǎo)體栗浦源發(fā)出的栗浦光栗浦激光晶體，使其粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，發(fā)射激光；
[0029]步驟S102，調(diào)節(jié)平凹柱面輸出鏡和平凸柱面全反鏡，使平凹柱面輸出鏡輸出能量最大；
[0030]步驟S103，當(dāng)激光晶體上能級粒子數(shù)達(dá)到最大時，對普克爾盒施加電壓，激光通過平凹柱面輸出鏡8輸出激光。
[0031]本發(fā)明有益效果如下:
[0032]本發(fā)明全固態(tài)激光器提高了栗浦光重復(fù)頻率，縮小了栗浦光間隔，提高了栗浦光功率密度，發(fā)散角小，提高了測距或成像距離，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的實施例1高光束質(zhì)量無水冷全固態(tài)激光器X-Z方向的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的實施例1高光束質(zhì)量無水冷全固態(tài)激光器Y-Z方向的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明的實施例1中低栗浦光間隔和傳統(tǒng)栗浦光間隔對比圖；
[0036]圖4為本發(fā)明的實施例1中高光束質(zhì)量無水冷全固態(tài)激光器脈沖光波圖；
[0037]圖5為本發(fā)明的實施例2高光束質(zhì)量無水冷全固態(tài)被動調(diào)Q激光器X-Z方向的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的實施例2高光束質(zhì)量無水冷全固態(tài)被動調(diào)Q激光器Y-Z方向的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖以及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0040]實施方式1:
[0041]如圖1、2所示，本實施例涉及一種全固態(tài)激光器，為高光束質(zhì)量、無水冷全固態(tài)激光器，包括:
[0042]半導(dǎo)體栗浦源1，用于提供高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)栗浦光；
[0043]耦合系統(tǒng)2，用于傳輸和勻化高峰值功率準(zhǔn)連續(xù)栗浦光，并將栗浦光耦合進(jìn)激光晶體4;
[0044]激光晶體4，提供增益；
[0045]雙色平凸柱面全反鏡3，用于透射栗浦光，反射激光；
[0046]偏振片5，使激光起偏；
[0047]四分之一波片6，激光通過它偏振方向旋轉(zhuǎn)45°；
[0048]普克爾盒7，控制其上施加的電壓，使得當(dāng)不對該普克爾盒施加電壓時相當(dāng)于平片，當(dāng)對該普克爾盒施加四分之一電壓時相當(dāng)于四分之一波片;普克爾盒7中調(diào)Q晶體為KD*P晶體或者Cr4+:YAG晶體。
[0049]平凹柱面輸出鏡8，輸出激光。
[0050]其中，從半導(dǎo)體栗浦源1發(fā)出的準(zhǔn)連續(xù)栗浦光經(jīng)耦合系統(tǒng)2勻化和傳輸，經(jīng)雙色平凸柱面全反鏡3入射到激光晶體4上，激光起振后在平凸柱面全反鏡3和平凹柱面輸出鏡8組成的諧振腔內(nèi)來回振蕩，使激光晶體4積累的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)達(dá)到最大，后經(jīng)普克爾盒7調(diào)Q輸出激光。
[0051 ]具體的，半導(dǎo)體栗浦源1，提供準(zhǔn)連續(xù)栗浦光的峰值功率為< 2400W，脈沖寬度為100?480ys。半導(dǎo)體栗浦源1，每個Bar條都錯位放置，保證經(jīng)準(zhǔn)直后的栗浦光的間隔最小，最小能夠達(dá)到0.1mm，提高了栗浦功率密度;提高了整個Bar條熱沉的散熱面積，使栗浦光的占空比提高，可以高重復(fù)頻率工作。低栗浦光間隔和傳統(tǒng)栗浦光間隔對比如圖3所示。在25°(3輸出波長808nm栗浦光，在輸入電流200A時輸出最大峰值功率2400W，調(diào)制寬度為250ys，所以最大輸出單脈沖能量600mJ。半導(dǎo)體栗浦源1由兩片57W功率半導(dǎo)體制冷片制冷，溫度控制在0.2°C內(nèi)。
[0052]耦合系統(tǒng)2材料為石英或K9玻璃。高峰值功率808nm栗浦光由耦合系統(tǒng)2傳輸和勻化，耦合系統(tǒng)2包括平凸柱面聚焦鏡、波導(dǎo)、平凸柱面準(zhǔn)直鏡和球面透鏡;其中，兩片半徑為10mm的平凸柱面聚焦鏡將808nm栗浦光聚焦進(jìn)尺寸為2.5mmX 20mmX 80mm的波導(dǎo)，808nm栗浦光在波導(dǎo)傳輸過程中變得非常均勻，在