專利名稱：一種薄片式全固態(tài)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種薄片式全固態(tài)激光器，特別是一種采用矩形薄片作為工作物
質(zhì)并且端面泵浦的薄片式全固態(tài)激光器。
背景技術(shù)：
薄片式全固態(tài)激光器是獲得高功率高效率高光束質(zhì)量激光光束輸出的一種全固 態(tài)激光器件，在高功率固體激光器領(lǐng)域內(nèi)占有重要的地位。這種激光器一般采用直徑幾毫 米，厚度為100 500微米的激光晶體作為工作物質(zhì)，并將其通過金屬銦焊接或是光膠等方 式固定在熱沉上，以達(dá)到良好的冷卻效果。目前單個(gè)薄片的薄片式全固態(tài)激光器的連續(xù)輸 出功率已經(jīng)突破5KW。現(xiàn)有的薄片式全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)如圖l所示，泵浦光斜入射到薄片增 益介質(zhì)，所選用薄片增益介質(zhì)為圓形，為了獲得高功率的激光輸出， 一種有效途徑是增加薄 片增益介質(zhì)的直徑，也就是增大薄片增益介質(zhì)的體積。但是為了保證輸出激光的光束質(zhì)量， 在增加薄片增益介質(zhì)直徑的同時(shí)還必須增加激光器諧振腔的腔長(zhǎng)，從而增加了整個(gè)激光器 的體積。因此，采用圓形薄片的薄片式全固態(tài)激光器在功率升級(jí)方面有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的是為了提供一種在功率升級(jí)時(shí)不增加激光器體 積的薄片式全固態(tài)激光器。本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是在功率升級(jí)的同時(shí)還要保證激光光 束的質(zhì)量。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于包括
起冷卻作用的熱沉、薄片增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔鏡；薄片增益介質(zhì)是矩形薄片，薄片增
益介質(zhì)厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高反膜并且
固定在熱沉上，泵浦源產(chǎn)生的泵浦光入射到薄片增益介質(zhì)的第二端面；諧振腔鏡相對(duì)于薄
片增益介質(zhì)的位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激光；所述高反膜和諧振腔鏡構(gòu)成諧振腔。 薄片增益介質(zhì)的厚度為0. 1 5mm，寬度為1 50mm，長(zhǎng)度為5 500mm。 諧振腔可以采用穩(wěn)定諧振腔，也可以采用在薄片增益介質(zhì)長(zhǎng)度方向上的穩(wěn)定_非
穩(wěn)定混合諧振腔。 第二端面可以鍍對(duì)泵浦光和振蕩光的高透膜，增加泵浦光的透射效率。泵浦源產(chǎn)
生的泵浦光垂直入射到薄片增益介質(zhì)的第二端面，也可以泵浦斜入射到薄片增益介質(zhì)的第
二端面。端面斜入射式薄片式全固態(tài)激光器還可以包括反射鏡，反射鏡將經(jīng)高反膜反射后
又透射出矩形薄片增益介質(zhì)的泵浦光反射回去，作用于矩形薄片增益介質(zhì)。 薄片增益介質(zhì)可以由單一摻雜激光晶體制成，也可以由復(fù)合激光晶體制成。薄片
增益介質(zhì)的第一端面通過金屬銦焊接或者光膠固定在熱沉上。 本實(shí)用新型的還可以包括控制熱沉溫度的水循環(huán)系統(tǒng)。 有益效果采用矩形薄片增益介質(zhì)，可以通過在矩形薄片增益介質(zhì)的長(zhǎng)度方向上 擴(kuò)展增益介質(zhì)的尺寸達(dá)到增加增益體積的目的，克服了采用圓形薄片增益介質(zhì)的全固態(tài)激光器功率升級(jí)時(shí)的缺點(diǎn)。另外，為了保證激光光束質(zhì)量，可在矩形薄片增益介質(zhì)的長(zhǎng)度方向 上采用穩(wěn)定_非穩(wěn)定混合諧振腔，這樣的結(jié)構(gòu)，可以在不增加激光器體積和保證光束質(zhì)量 的前提下，通過增加薄片增益介質(zhì)的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)功率的提高，更有效地實(shí)現(xiàn)激光器的功率 升級(jí)。本實(shí)用新型的還采用了控制熱沉溫度的水循環(huán)系統(tǒng)，更有效地實(shí)現(xiàn)薄片增益介質(zhì)的 冷卻。對(duì)于采用泵浦光端面斜入射方式的薄片式全固態(tài)激光器，增加反射鏡，將經(jīng)高反膜反 射后又透射出矩形薄片增益介質(zhì)的泵浦光反射回去，作用于矩形薄片增益介質(zhì)，這樣的結(jié) 構(gòu)提高了泵浦光的利用效率。

圖1是圓形薄片式全固態(tài)激光器機(jī)構(gòu)示意圖，(a)為正視圖，(b)為側(cè)視圖，其中 1-熱沉、2_焊接劑、3_圓形薄片增益介質(zhì)、4_泵浦光、5_輸出光束、6_諧振腔鏡； 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為正視圖，(b)是 俯視圖，其中l(wèi)l-熱沉、12-單一摻雜的矩形薄片增益介質(zhì)、13-泵浦源、14-左諧振腔鏡、 15-右諧振腔鏡、16-輸出光束、17_泵浦光； 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為正視圖，(b)是俯 視圖，其中21-熱沉、22-復(fù)合矩形薄片增益介質(zhì)、23-泵浦源、24-左諧振腔鏡、25-右諧振 腔鏡、26-輸出光束、27-泵浦光； 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例3中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為正視圖，(b)是 俯視圖，其中31-熱沉、32-單一摻雜的矩形薄片增益介質(zhì)、33-泵浦源、34-左諧振腔鏡、 35-右諧振腔鏡、36-輸出光束、37-泵浦光； 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例4中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，其中41-熱沉、42-單一 摻雜的矩形薄片增益介質(zhì)、43-泵浦光、44-諧振腔鏡、46-輸出光束； 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例5中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，其中51-熱沉、52-矩形 薄片增益介質(zhì)、53-泵浦光、54-諧振腔鏡、55-反射鏡、56-輸出光束； 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例6中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，其中61-熱沉、62-復(fù)合 矩形薄片增益介質(zhì)、63-泵浦光、64-諧振腔鏡、66-輸出光束； 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例7中全固態(tài)激光器結(jié)構(gòu)示意圖，(a)為正視圖，(b)為 俯視圖，其中71-熱沉、72-單一摻雜的矩形薄片增益介質(zhì)、73-泵浦源、74-左諧振腔鏡、 75-右諧振腔鏡、76-輸出光束、77-泵浦光。
具體實(shí)施方式為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面舉具體實(shí)施例，對(duì)本 實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 實(shí)施例1 :薄片式全固態(tài)激光器采用單一摻雜矩形薄片增益介質(zhì)、端面垂直入射 方式和穩(wěn)定諧振腔。如圖2所示，實(shí)施例1中薄片式全固態(tài)激光器包括起冷卻作用的熱沉 11、單一摻雜的矩形薄片增益介質(zhì)12、泵浦源13、諧振腔鏡，諧振腔鏡包括左諧振腔鏡14 和右諧振腔鏡15。薄片增益介質(zhì)12采用單一摻雜的Nd:YV04晶體，摻雜濃度1%，尺寸為 0. 3mmX3mmX16mm。薄片增益介質(zhì)12厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面鍍有對(duì) 泵浦光和振蕩光的高反膜并且通過金屬銦焊接或者光膠等方式固定在熱沉11上，第二端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高透膜，泵浦源13產(chǎn)生的泵浦光17垂直入射到薄片增益介質(zhì) 12的第二端面。在薄片增益介質(zhì)12長(zhǎng)度方向上，左諧振腔鏡14、右諧振腔鏡15和薄片增益 介質(zhì)12第一端面上鍍的高反膜構(gòu)成穩(wěn)定諧振腔。左諧振腔鏡14和右諧振腔鏡15相對(duì)于 薄片增益介質(zhì)12的位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光透射過右諧振腔鏡15輸出。 實(shí)施例2 :薄片式全固態(tài)激光器采用復(fù)合矩形薄片增益介質(zhì)、端面垂直入射方式 和穩(wěn)定諧振腔。如圖3所示，實(shí)施例2中薄片式全固態(tài)激光器包括起冷卻作用的熱沉21、復(fù) 合矩形薄片增益介質(zhì)22、泵浦源23、左諧振腔鏡24和右諧振腔鏡25，為了降低熱效應(yīng)對(duì)輸 出光束的影響，獲得更高功率的輸出激光，將實(shí)施例1中的單一摻雜矩形薄片增益介質(zhì)12 替換為復(fù)合矩形薄片增益介質(zhì)22，復(fù)合矩形增益介質(zhì)22由Nd:YV04/YV04晶體制成，其中， Nd:YV04的摻雜濃度為1%、尺寸為0. 3mmX3mmX 16mm， YV04的尺寸為2. 2mmX3mmX 16mm。 薄片增益介質(zhì)22厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的 高反膜并且通過金屬銦焊接或者光膠等方式固定在熱沉21上，第二端面鍍有對(duì)泵浦光和 振蕩光的高透膜，泵浦源23產(chǎn)生的泵浦光27垂直入射到薄片增益介質(zhì)22的第二端面。在 薄片增益介質(zhì)22長(zhǎng)度方向上，左諧振腔鏡24、右諧振腔鏡25和薄片增益介質(zhì)22第一端面 上鍍的高反膜構(gòu)成穩(wěn)定諧振腔；左諧振腔鏡24和右諧振腔鏡25相對(duì)于薄片增益介質(zhì)22的 位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光透射過右諧振腔鏡25輸出。 實(shí)施例3 :為了提高輸出激光的光束質(zhì)量，可在矩形薄片增益介質(zhì)的長(zhǎng)度方向上 采用穩(wěn)定_非穩(wěn)定混合諧振腔的諧振腔結(jié)構(gòu)。如圖4所示，在實(shí)施例3的薄片式全固態(tài)激 光器中，在薄片增益介質(zhì)32長(zhǎng)度方向上，由左諧振腔鏡34、右諧振腔鏡35和薄片增益介質(zhì) 32第一端面上鍍的高反膜構(gòu)成穩(wěn)定_非穩(wěn)定混合諧振腔，左諧振腔鏡34和右諧振腔鏡35 相對(duì)于薄片增益介質(zhì)32的位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激光，產(chǎn)生的激光從右諧振腔鏡35的側(cè) 面輸出。其它部件與實(shí)施例1相同。 實(shí)施例4 :薄片式全固態(tài)激光器采用單一摻雜矩形薄片增益介質(zhì)、端面斜入射方 式和穩(wěn)定諧振腔。如圖5所示，實(shí)施例4中薄片式全固態(tài)激光器包括起冷卻作用的熱沉41、 單一摻雜的矩形薄片增益介質(zhì)42、泵浦源(圖中沒有畫出)和諧振腔鏡44。薄片增益介質(zhì) 42厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高反膜并且通過 金屬銦焊接或者光膠等方式固定在熱沉41上，第二端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高透膜， 泵浦光44斜入射到矩形薄片增益介質(zhì)42的第二端面，部分泵浦光經(jīng)高反膜反射后從矩形 薄片增益介質(zhì)42第二端面透射出來。諧振腔鏡44和薄片增益介質(zhì)42第一端面上鍍的高 反膜構(gòu)成穩(wěn)定諧振腔。諧振腔鏡44相對(duì)于薄片增益介質(zhì)42的位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激 光，產(chǎn)生的激光透射過諧振腔鏡44輸出。其它部件與實(shí)施例1相同。 實(shí)施例5是對(duì)實(shí)施例4的改進(jìn)，如圖6所示。為了提高泵浦光的利用效率，增加了 反射鏡55。反射鏡55能將經(jīng)高反膜反射后從矩形薄片增益介質(zhì)52透射出的泵浦光53反 射回去，作用于矩形薄片增益介質(zhì)52，從而提高了了泵浦光的利用效率。反射鏡55的位置 根據(jù)反射的需要確定。其它部件與實(shí)施例4相同。 實(shí)施例6 :薄片式全固態(tài)激光器采用復(fù)合矩形薄片增益介質(zhì)、端面斜入射方式和 穩(wěn)定諧振腔。如圖7所示，實(shí)施例6將實(shí)施例4中的單一摻雜矩形薄片增益介質(zhì)42替換為 復(fù)合矩形薄片增益介質(zhì)52。 實(shí)施例7 :薄片式全固態(tài)激光器采用單一摻雜矩形薄片增益介質(zhì)、端面斜入射方式和穩(wěn)定_非穩(wěn)定混合諧振腔。如圖8所示，實(shí)施例7采用了與實(shí)施例1相同的穩(wěn)定_非 穩(wěn)定混合諧振腔。 此外，本實(shí)用新型還可以包括控制熱沉溫度的水循環(huán)系統(tǒng)，更有效地實(shí)現(xiàn)薄片增 益介質(zhì)的冷卻。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于包括起冷卻作用的熱沉、薄片增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔鏡；薄片增益介質(zhì)是矩形薄片，薄片增益介質(zhì)厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高反膜并且固定在熱沉上，第二端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高透膜，泵浦源產(chǎn)生的泵浦光入射到薄片增益介質(zhì)的第二端面；諧振腔鏡相對(duì)于薄片增益介質(zhì)的位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激光；所述高反膜和諧振腔鏡構(gòu)成諧振腔。
2. 如權(quán)利要求l所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于薄片增益介質(zhì)的厚度為 0. 1 5mm，寬度為1 50mm，長(zhǎng)度為5 500mm。
3. 如權(quán)利要求l所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于所述諧振腔是穩(wěn)定諧振腔， 或者是在薄片增益介質(zhì)長(zhǎng)度方向上的穩(wěn)定_非穩(wěn)定混合諧振腔。
4. 如權(quán)利要求1所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于泵浦源產(chǎn)生的泵浦光垂直 入射到薄片增益介質(zhì)的第二端面。
5. 如權(quán)利要求1所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于泵浦源產(chǎn)生的泵浦光斜入射到薄片增益介質(zhì)的第二端面。
6. 如權(quán)利要求5所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于還包括反射鏡，反射鏡將經(jīng)高反膜反射后從矩形薄片增益介質(zhì)透射出的泵浦光反射回去，作用于矩形薄片增益介質(zhì)。
7. 如權(quán)利要求1所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于薄片增益介質(zhì)由單一摻雜激光晶體或者復(fù)合激光晶體制成。
8. 如權(quán)利要求1所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于薄片增益介質(zhì)的第一端面通過金屬銦焊接或者光膠固定在熱沉上。
9. 如權(quán)利要求1所述的薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于還包括控制熱沉溫度的水 循環(huán)系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種薄片式全固態(tài)激光器，其特征在于包括熱沉、薄片增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔鏡；薄片增益介質(zhì)是矩形薄片，薄片增益介質(zhì)厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高反膜并且固定在熱沉上，第二端面鍍有對(duì)泵浦光和振蕩光的高透膜，泵浦源產(chǎn)生的泵浦光入射到薄片增益介質(zhì)的第二端面；諧振腔鏡相對(duì)于薄片增益介質(zhì)的位置能夠調(diào)整，以便產(chǎn)生激光；所述高反膜和諧振腔鏡構(gòu)成諧振腔。本實(shí)用新型在不增加激光器體積和保證光束質(zhì)量的前提下，可以通過增加薄片增益介質(zhì)的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)功率的提高。
文檔編號(hào)H01S3/091GK201466460SQ20082017901
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者張恒利, 辛建國, 邢冀川, 閆瑩 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)