專利名稱：半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體泵浦固體激光器，特別是涉及一種半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣泛，同時(shí)，對(duì)激光參數(shù)的要求也越來(lái)越高。為了獲得高的峰值功率，需要利用調(diào)Q技術(shù)。調(diào)Q技術(shù)包括轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、染料調(diào)Q、電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q等。目前，最常用的調(diào)Q方式為聲光調(diào)Q和電光調(diào)Q，聲光調(diào)Q工作穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，一般脈沖寬度可達(dá)到數(shù)十納秒(ns)重復(fù)頻率(重頻)不高于50KHZ；電光調(diào)Q的優(yōu)點(diǎn)是可以得到更窄的激光脈沖和更高的重頻，但電光晶體容易衰退和潮解，影響使用壽命。這兩種調(diào)Q方式都要使用電子驅(qū)動(dòng)泵，稱為主動(dòng)調(diào)Q。最近發(fā)展出現(xiàn)一種利用晶體的吸收飽和效應(yīng)進(jìn)行調(diào)Q的技術(shù)，例如使用Cr:YAG晶體，其作用機(jī)理就是利用飽和吸收效應(yīng)，不需要外加的驅(qū)動(dòng)源控制，故稱為被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)。被動(dòng)調(diào)Q與主動(dòng)調(diào)Q相比，晶體的被動(dòng)調(diào)Q可以得到更窄的脈沖寬度，更高的重頻，且工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)。因此，在材料處理，激光測(cè)距，激光干擾等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。反觀主動(dòng)調(diào)Q，獲得的脈沖激光由于調(diào)制器的種種原因，脈沖頻率只能達(dá)到50KHZ的水平，不能滿足更高頻率的要求；主動(dòng)調(diào)Q不僅器件本身體積大，造價(jià)高，而且驅(qū)動(dòng)源體積大，造價(jià)高，有時(shí)尚需水冷系統(tǒng)，這樣就限制其在很多特殊領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的，就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，利用被動(dòng)調(diào)Q的方式對(duì)半導(dǎo)泵浦固體激光器進(jìn)行調(diào)Q，提供一種高重復(fù)頻率、窄脈沖寬度的半導(dǎo)體泵浦固體激光器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所涉及的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器的技術(shù)方案是這樣的它由大功率光纖耦合半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，聚焦系統(tǒng)、激光晶體，被動(dòng)調(diào)Q晶體，腔鏡等構(gòu)成。其特征是聚焦系統(tǒng)為一個(gè)自聚焦透鏡(即折射率梯度透鏡)，在自聚焦透鏡的兩個(gè)端面分別設(shè)置了一個(gè)金屬墊片；兩個(gè)腔鏡組成諧振腔，其中一個(gè)腔鏡直接鍍?cè)诩す饩w的端面上，膜層要求為808nm增透，1064高反，另一個(gè)腔鏡為獨(dú)立的部分反射鏡即輸出腔鏡，膜層要求為1064nm的反射率為予定值。泵浦源依次通過金屬墊片，折射率梯度透鏡和另一個(gè)金屬墊片，把泵浦光聚焦在激光晶體上，在兩個(gè)腔鏡組成的諧振腔中，形成波長(zhǎng)為1064nm的激光振蕩。經(jīng)被動(dòng)調(diào)Q晶體調(diào)Q，并通過輸出腔鏡輸出激光。
本實(shí)用新型所稱的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，其特征是，兩個(gè)腔鏡組成的諧振腔為直線腔。
本實(shí)用新型所稱的固體激光器，其特征是，輸出腔鏡可以是凹面鏡，亦可以是平面鏡或凸面鏡。
本實(shí)用新型所稱的固體激光器，其特征是，被動(dòng)調(diào)Q晶體可以是單塊晶體，也可以是多塊晶體首尾依次擺放組成。
本實(shí)用新型僅用一個(gè)自聚焦透鏡(折射率梯度透鏡)即可完成所需的聚焦功能，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)泵浦點(diǎn)參數(shù)簡(jiǎn)單易行，由于折射率梯度透鏡的數(shù)值孔徑大，避免了使用常規(guī)透鏡組引起的損耗，有效地提高泵浦光的使用效率。
本實(shí)用新型通過選擇不同厚度的金屬墊片，可以改變泵浦光在激光晶體內(nèi)的大小和位置，從而達(dá)到選模，改變峰值功率等目的。
本實(shí)用新型中采用了被動(dòng)調(diào)Q方式實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制。被動(dòng)調(diào)Q晶體是一種含有飽和吸收功能的摻雜的光學(xué)晶體，其透射率會(huì)隨著能量密度的增大而增大，如圖2所示。當(dāng)達(dá)到某一個(gè)很高值時(shí)，透射率P穩(wěn)定在一個(gè)很高值，即材料變得透明。根據(jù)這一效應(yīng)。被動(dòng)調(diào)Q晶體在泵浦剛開始會(huì)阻止激光振蕩產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)激光上能級(jí)的粒子數(shù)快速積累。隨著激光晶體中的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的增加，激光的增益系數(shù)漸漸增大并大于腔內(nèi)損耗，開始出現(xiàn)激光振蕩，且腔內(nèi)激光光強(qiáng)快速增加，反過來(lái)導(dǎo)致被動(dòng)調(diào)Q晶體的透射率增加，出現(xiàn)所謂的漂白現(xiàn)象。此時(shí)損耗很低，從而輸出高功率脈沖。隨著激光上能級(jí)粒子數(shù)的減少，增益減小，激光光強(qiáng)變小，被動(dòng)調(diào)Q晶體的損耗變大，最終導(dǎo)致激光輸出的停止，完成一個(gè)激脈沖的產(chǎn)生。上述過程不停的重復(fù)，主產(chǎn)生了脈沖系列。脈沖的寬度取決于調(diào)Q晶體的初始透射率以及激光諧振腔的長(zhǎng)度；脈沖的峰值功率取決于調(diào)Q晶體的初始透射率及泵浦光的大?。幻}沖重頻取決于調(diào)Q晶體的初始透射率，泵浦光強(qiáng)度以及輸出腔鏡的反射率。
本實(shí)用新型所稱的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激樂器，具有設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)合理、緊湊小巧、無(wú)液冷(全部采用風(fēng)冷)，無(wú)需電子驅(qū)動(dòng)源，可實(shí)現(xiàn)模塊化，小型化，工業(yè)化的批量生產(chǎn)等特點(diǎn)；具有工作效率高、可以實(shí)現(xiàn)窄到1ns的脈沖寬度，高至300KHZ以上的重頻，運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好，操作簡(jiǎn)便，易于推廣；本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于軍事(如紅外對(duì)抗、紅外干擾)，科研、材料加工(如表面處理、標(biāo)記、光物質(zhì)反應(yīng))等領(lǐng)域。


圖1半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2被動(dòng)調(diào)Q晶體的透射率隨透射光的能量密茺的變化曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所稱的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器的具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖1至2詳細(xì)敘述如下實(shí)施例1本實(shí)用新型所稱的固體激光器由大功率光纖耦合半導(dǎo)體激光器作為泵浦源1、折射率梯度透鏡3、激光晶體6、被動(dòng)調(diào)Q晶體7、腔鏡5和腔鏡8等構(gòu)成。在梯度透鏡3的兩個(gè)端面他別設(shè)置金屬墊片2和金屬墊片4；腔鏡5和腔鏡8組成的諧振腔為直線腔；腔鏡5直接鍍?cè)诩す饩w6的端面上，膜層要求為808nm增透，1064nm高反；腔鏡8為獨(dú)立的部分的射鏡，膜層要求為1064nm的反射率為予定值，即反射率為75％，腔鏡8即輸出鏡8是一個(gè)平面鏡；泵浦源1依次通過金屬墊片2，折射率梯度透鏡3和金屬墊片4，把泵浦光聚焦在激光晶體6上，在諧振腔中，形成波長(zhǎng)為1064nm的激光振蕩，經(jīng)被動(dòng)調(diào)Q晶體7調(diào)Q，通過輸出腔鏡8輸出激光9。本實(shí)用新型的泵浦源1的光纖芯徑為400μm(微米)，數(shù)值孔徑為0.22，選取墊片2的厚度為1.6mm，墊片4厚度為0，調(diào)Q晶體7為Cr:YAG，初始透射率為90％，腔長(zhǎng)為16mm，依據(jù)上述參數(shù)在泵浦為20W時(shí)可得到重復(fù)頻率為150KHZ的脈沖激光，1064nm激光平均輸出功率為5W，脈沖寬度為5nm(納米)。
實(shí)施例2本實(shí)施例的技術(shù)方案與實(shí)施例1相同。但是選取的參數(shù)不盡相同。泵浦源1芯徑為400μm(微米)，數(shù)值孔徑為0.22；墊片2的厚度取1.66mm，墊片4的厚度為0.5mm，調(diào)Q晶體7為Cr:YAG，其初始透射率為95％；輸出鏡8為平面鏡，其反射率為80％，腔長(zhǎng)為13mm，得到的重復(fù)頻率為200KHZ的脈沖激光，1064nm激光平均輸出功率為5.6W、脈沖寬度為4nm。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，由大功率光纖耦合半導(dǎo)體激光器作為泵浦源(1)、聚焦系統(tǒng)、激光晶體(6)、被動(dòng)調(diào)Q晶體(7)、腔鏡(5)和腔鏡(8)等構(gòu)成，其特征是聚焦系統(tǒng)是一個(gè)折射率梯度透鏡(3)，在梯度透鏡(3)的兩個(gè)端面分別設(shè)置了金屬墊片(2)和(4)，腔鏡(5)和腔鏡(8)組成諧振腔；腔鏡(5)直接鍍?cè)诩す饩w(6)的端面上，膜層要求為808nm增透，1064nm高反；腔鏡(8)為獨(dú)立的部分反射鏡，膜層要求為1064nm的反射率為予定值；泵浦源(1)依次通過金屬墊片(2)、折射率梯度透鏡(3)和金屬墊片(4)，把泵浦光聚焦在激光晶體(6)上，在腔鏡(5)和腔鏡(8)組成的諧振腔中，形成波長(zhǎng)為1064nm的激光振蕩，經(jīng)被動(dòng)調(diào)Q晶體(7)調(diào)Q，并通過輸出腔鏡(8)輸出激光(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，其特征是腔鏡(5)和腔鏡(8)組成的諧振腔為直線腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，其特征是輸出腔鏡(8)可以是凹面鏡，亦可以是平面鏡或凸面鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，其特征是被動(dòng)調(diào)Q晶體(7)可以是單塊晶體，也可以是多塊晶體首尾依次擺放組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種半導(dǎo)體泵浦高重頻固體激光器，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型由大功率光纖耦合半導(dǎo)體激光器的泵浦源，折射率梯度透鏡，激光晶體，被動(dòng)調(diào)晶體和腔鏡等構(gòu)成。梯度透鏡取代現(xiàn)有技術(shù)的透鏡組完成聚焦功能，在梯度透鏡的兩端面各設(shè)置了一個(gè)金屬熱片，兩個(gè)腔鏡組成直線形的諧振腔。泵浦源依次通過金屬墊片，梯度透鏡，把泵浦光聚焦在激光晶體上，在諧振腔中形成波長(zhǎng)1064nm的激光振蕩，經(jīng)調(diào)Q晶體調(diào)Q，通過輸出腔鏡輸出激光。本實(shí)用新型具有設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)液冷、無(wú)需電子驅(qū)動(dòng)源、性能良好、效率高，可以實(shí)現(xiàn)低至1ns的脈沖寬度、高至300KHz的重頻等特點(diǎn)。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于軍事、科研、材料表面處理、標(biāo)記、光物質(zhì)反應(yīng)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/08GK2615925SQ0324146
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者汪建華, 王 鋒 申請(qǐng)人:武漢凌云光電科技有限責(zé)任公司