專利名稱：半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光器，特別是一種半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器。
背景技術(shù)：
光束質(zhì)量和效率是表征一臺激光器性能的兩個最重要的參數(shù)。影響固體激光器光束質(zhì)量的一個重要因素是泵浦的不均勻。目前獲得比較均勻的泵浦光分布主要有以下幾種方法一)是采用半導體面泵浦的方式，面泵浦這種方式雖然可以獲得比較均勻的泵浦光分布，但是通常為了保證一定效率，泵浦方向上板條的尺寸通常比較大，容易產(chǎn)生高階模振蕩，從而使光束質(zhì)量下降。
二)泵浦光在晶體中沿“之”字形光路傳播，這種情況寄生振蕩比較嚴重，引起效率下降。
三)采取泵浦光與晶體成一定角度入射來獲得比較均勻的泵浦光分布，比如角泵浦方式，或者盤片激光器中采用的傾斜泵浦的方式，但是要獲得高功率輸出，泵浦光的耦合系統(tǒng)比較復雜，而且加工要求比較高。
四)采用雙側(cè)泵浦是比較常用的泵浦方式，這種泵浦方式存在泵浦均勻性和泵浦效率的矛盾，即要獲得均勻的泵浦光分布，要以犧牲泵浦效率為代價。
五)一種泵浦均勻性好而且泵浦效率高的泵浦方式是采用端面泵浦結(jié)構(gòu)，但這種泵浦結(jié)構(gòu)的泵浦光整形系統(tǒng)比較復雜。
總之，以上幾種泵浦方式都難以在獲得高光束質(zhì)量的情況下獲得高效率高功率輸出，或者結(jié)構(gòu)比較復雜，成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，它既能獲得高光束質(zhì)量激光輸出，又能保持高效率，可以實現(xiàn)高功率輸出；而且具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和易實現(xiàn)的優(yōu)點。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，包括板條增益介質(zhì)，特征在于其構(gòu)成為以所述的板條增益介質(zhì)為中心，在該板條增益介質(zhì)的長度方向分別是后腔鏡和變反射率輸出鏡，在所述的板條增益介質(zhì)一個側(cè)面是半導體激光器陣列及其整形透鏡，另一側(cè)面貼設一角形反射器，在所述的板條增益介質(zhì)上下兩個大面貼設微通道冷卻器。
所述的板條增益介質(zhì)是厚度小于2mm，截面的寬厚比大于2的激光晶體或激光玻璃板條。
所述的角形反射器截面為等腰三角形，頂角為銳角，兩個大側(cè)面和兩個端面鍍泵浦激光波長的全反膜。
所述的板條增益介質(zhì)的長度方向分別是后腔鏡)和變反射率輸出鏡構(gòu)成諧振腔，其厚度方向為平平腔，水平方向為變反射率正支非穩(wěn)腔。
所述的變反射率輸出鏡的反射率在厚度方向上為一常數(shù)，寬度方向反射率分布為高斯或超高斯分布。
所述的半導體激光器陣列為單層線陣結(jié)構(gòu)，或多層線陣結(jié)構(gòu)和一會聚柱面透鏡組成。
所述的半導體激光器陣列發(fā)出的光經(jīng)所述的整形透鏡后形成寬度小于或等于板條增益介質(zhì)厚度的條形泵浦光。
所述的整形透鏡為一柱面透鏡。
半導體發(fā)出的光經(jīng)過整形透鏡后變成條形光，其寬度略小于等于晶體厚度。角反射器緊貼晶體另一側(cè)放置，透射的光被角反射器反射回到晶體中。采用微通道冷卻器對晶體的兩個大面?zhèn)鲗Ю鋮s。由于晶體很薄，在厚度方向上的光束質(zhì)量可以接近衍射極限。晶體寬度比較大，容易產(chǎn)生高階模振蕩，我們采取變反射率鏡來抑制高階模的振蕩。總的諧振腔腔形為混合腔，即厚度方向上為平平腔，水平方向上為正支非穩(wěn)腔。
本發(fā)明的優(yōu)點1、本發(fā)明中，采用角反射器比直接在晶體的另一側(cè)鍍反射膜獲得的泵浦光分布更加均勻，泵浦光幾乎全部被吸收，有利于提高光束質(zhì)量和總體效率。
2、本發(fā)明中，采用微通道冷卻器對板條兩個大面進行傳導冷卻，這樣散熱效果好而且傳導冷卻方式使散熱更均勻，也有利于提高激光器的光束質(zhì)量。
3、采用混合諧振腔和變反射率輸出鏡相結(jié)合的方式，大大提高了激光器的光束質(zhì)量。由于板條比較薄，厚度方向上采用平平腔即可達到較好的光束質(zhì)量；在水平方向上我們采用正支非穩(wěn)腔和變反射率輸出鏡來抑制高階模的振蕩，從而得到高光束質(zhì)量的激光輸出。
4、采用泵浦光方向、激光方向和冷卻方向三者相互垂直的方式，這樣把泵浦和冷卻對輸出激光的影響減到最小，也有利于提高光束質(zhì)量。
5、這種方案可以通過增加晶體長度和半導體陣列的數(shù)量來獲得大功率輸出，而且同時保證好的光束質(zhì)量和高效率。


圖1為本發(fā)明激光器結(jié)構(gòu)的俯視2為圖1的AA視3為本發(fā)明中角反射器的立體示意圖具體實施方式
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。
先請參閱圖1、圖2和圖3，由圖可見，本發(fā)明一種半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，包括板條增益介質(zhì)4，以所述的板條增益介質(zhì)4為中心，在該板條增益介質(zhì)4的長度方向分別是后腔鏡6和變反射率輸出鏡7，在所述的板條增益介質(zhì)4一個側(cè)面是半導體激光器陣列1及其整形透鏡2，另一側(cè)面貼設一角形反射器5，在所述的板條增益介質(zhì)4上下兩個大面貼設微通道冷卻器3。
在本實施例中所述的板條增益介質(zhì)4是厚度小于2mm，截面的寬厚比大于2的激光晶體板條。
所述的角形反射器5截面為等腰三角形，頂角為銳角，兩個大側(cè)面和兩個端面鍍泵浦激光波長的全反膜。
所述的板條增益介質(zhì)4的長度方向分別是后腔鏡6和變反射率輸出鏡7構(gòu)成諧振腔，其厚度方向為平平腔，水平方向為變反射率正支非穩(wěn)腔。
所述的變反射率輸出鏡7的反射率在厚度方向上為一常數(shù)，寬度方向反射率分布為高斯或超高斯分布。所述的半導體激光器陣列1為單層線陣結(jié)構(gòu)。
所述的半導體激光器陣列1發(fā)出的光經(jīng)所述的整形透鏡2后形成寬度小于或等于板條增益介質(zhì)4厚度的條形泵浦光。所述的整形透鏡2為一柱面透鏡。
一字排開的線陣半導體激光器1發(fā)出的泵浦光經(jīng)過微柱透鏡(2)整形，或者一字排開的多層結(jié)構(gòu)的半導體激光器，每個線陣分別整形后，通過一大柱面鏡壓縮光束寬度，最后經(jīng)過整形后的光束寬度略小于或等于增益介質(zhì)4的厚度。進入增益介質(zhì)4的光大多數(shù)未經(jīng)增益介質(zhì)4的上下壁反射直接通過增益介質(zhì)4，少部分光被增益介質(zhì)4上下壁反射，這部分光都符合全反射條件而不會損失掉。沒有被完全吸收的泵浦光入射到角反射器5上，該角反射器5的兩個大的側(cè)面和兩個端面鍍泵浦光波長808nm的反射膜，該角反射器5的作用主要有2個一是把這部分光反射回來以增加泵浦效率，二是把這部分光能量分布重新分配，以便在增益介質(zhì)4中得到均勻的泵浦能分布。角反射器5要緊貼增益介質(zhì)4的側(cè)面，具體放置方式如圖2所示。泵浦光采用微通道冷卻器3對增益介質(zhì)4的兩個大面進行傳導冷卻，這樣散熱效果好，由于傳導冷卻比對流冷卻更均勻，可以大大降低冷卻不均勻?qū)馐|(zhì)量的影響。諧振腔采用由后腔鏡6和變反射率輸出鏡7構(gòu)成的混合腔，在板條增益介質(zhì)4厚度方向上是平平腔，板條增益介質(zhì)4水平方向上采用正支非穩(wěn)腔，由于增益介質(zhì)4板條比較薄，采用平平腔就可以獲得接近衍射極限的激光輸出，寬度方向上尺寸較大，容易產(chǎn)生高階模振蕩，采用正支非穩(wěn)腔可以很好的抑止高階模的振蕩，而且腔長可以非常短，此外，采用變反射率輸出鏡7可以進一步提高輸出激光的光束質(zhì)量。經(jīng)試用表明，本發(fā)明激光器能獲得高光束質(zhì)量激光輸出，又能保持高效率，可以實現(xiàn)高功率輸出；而且具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，包括板條增益介質(zhì)(4)，特征在于其構(gòu)成為以所述的板條增益介質(zhì)(4)為中心，在該板條增益介質(zhì)(4)的長度方向分別是后腔鏡(6)和變反射率輸出鏡(7)，在所述的板條增益介質(zhì)(4)一個側(cè)面是半導體激光器陣列(1)及其整形透鏡(2)，另一側(cè)面貼設一角形反射器(5)，在所述的板條增益介質(zhì)(4)上下兩個大面貼設微通道冷卻器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的板條增益介質(zhì)(4)是厚度小于2mm，截面的寬厚比大于2的激光晶體或激光玻璃板條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的角形反射器(5)截面為等腰三角形，頂角為銳角，兩個大側(cè)面和兩個端面鍍泵浦激光波長的全反膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的板條增益介質(zhì)(4)的長度方向分別是后腔鏡(6)和變反射率輸出鏡(7)構(gòu)成諧振腔，其厚度方向為平平腔，水平方向為變反射率正支非穩(wěn)腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的變反射率輸出鏡(7)的反射率在厚度方向上為一常數(shù)，寬度方向反射率分布為高斯或超高斯分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的半導體激光器陣列(1)為單層線陣結(jié)構(gòu)，或多層線陣結(jié)構(gòu)和一會聚柱面透鏡組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的半導體激光器陣列(1)發(fā)出的光經(jīng)所述的整形透鏡(2)后形成寬度小于或等于板條增益介質(zhì)(4)厚度的條形泵浦光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，其特征在于所述的整形透鏡(2)為一柱面透鏡。
全文摘要
一種半導體單側(cè)泵浦的固體板條激光器，包括板條增益介質(zhì)，特征在于其構(gòu)成為以所述的板條增益介質(zhì)為中心，在該板條增益介質(zhì)的長度方向分別是后腔鏡和變反射率輸出鏡，在所述的板條增益介質(zhì)一個側(cè)面是半導體激光器陣列及其整形透鏡，另一側(cè)面貼設一角形反射器，在所述的板條增益介質(zhì)上下兩個大面貼設微通道冷卻器。本發(fā)明激光器的諧振腔為混合腔，厚度方向為平平腔，水平方向采用變反射率正支非穩(wěn)腔。本發(fā)明可以獲得高光束質(zhì)量高效率的激光輸出，而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
文檔編號H01S3/08GK1909308SQ20061003000
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者王志敏, 徐劍秋 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所