專利名稱：一種多次泵浦的碟片固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)，具體涉及一種碟片固體激光器。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)、器件水平和制造能力的不斷提高，固體激光器以其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為激光器家族中獨(dú)特的一個(gè)分支，并向著高平均功率、高光束質(zhì)量、高轉(zhuǎn)換效率的方向快速發(fā)展。目前高檔工業(yè)固體激光器的發(fā)展十分迅速，以光纖激光器和碟片固體激光器為代表的新一代固體激光器成為重要發(fā)展方向。另一方面，固體激光技術(shù)與其他高新技術(shù)相互滲透，使得固體激光器在汽車(chē)車(chē)身外板焊接、汽車(chē)板拼焊和金屬板材切割等領(lǐng)域有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。新型碟片固體激光器主要利用薄片狀激光晶體作為激光器的增益介質(zhì)，采用端面或側(cè)面泵浦的方式。由于激光晶體厚度很薄(Φ/d值很大，其中Φ為晶體的直徑，d晶體厚度)，在液體射流沖擊冷卻或高效TEC貼片冷卻技術(shù)的條件下，即使采用高功率密度的泵浦光進(jìn)行泵浦，晶體內(nèi)部徑向溫度梯度很小、溫升不大且晶體中熱流方向與光軸方向平行。 這種均勻分布的溫度場(chǎng)極大消除了晶體的熱形變和對(duì)激光的影響，使輸出的激光具有較好的光束質(zhì)量。由于碟片固體激光器增益介質(zhì)的厚度很小，一般在0. 1 Imm之間，有效吸收長(zhǎng)度小，因此多次泵浦技術(shù)和泵浦光斑的均勻性設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)碟片固體激光器高光束質(zhì)量、高轉(zhuǎn)換效率運(yùn)行的核心技術(shù)之一。2003年，美國(guó)專利Meffen Erhard等提出了單拋物面和多棱鏡構(gòu)成的空間旋轉(zhuǎn)多次泵浦的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)美國(guó)專利US6577666 B2) ；2005年，Steffen Erhard 等對(duì)上述方案進(jìn)行改進(jìn)提出了基于單拋物面和兩個(gè)大型棱鏡實(shí)現(xiàn)光束空間旋轉(zhuǎn)多次泵浦技術(shù)的方案(見(jiàn)美國(guó)專利US6891874B2)。2008年，朱曉教授等人提出一種基于共軛雙拋物面方案(見(jiàn)中國(guó)專利 ZL200810048527. 6)，傾斜激光晶體、矯正反射鏡的多程泵浦結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)泵浦光斑的多次傳輸，其泵浦次數(shù)與激光晶體和矯正鏡的夾角有關(guān)。2010年，朱曉教授等對(duì)上述方案進(jìn)行改進(jìn) (見(jiàn)PCT專利申請(qǐng)PCT/CN2010/07186O，提出集多次泵浦和高效冷卻為一體的新型泵浦結(jié)構(gòu)，以及以此技術(shù)開(kāi)發(fā)的多碟串接模塊，進(jìn)一步提高共軛雙拋物面多程泵浦系統(tǒng)的泵浦效率和利用空間。Steffen Erhard等提出碟片激光器的多次泵浦技術(shù)要求入射光斑為圓形準(zhǔn)直光斑，光斑在整個(gè)拋物面空間多次旋轉(zhuǎn)傳輸，且以光軸為軸對(duì)稱分布從而實(shí)現(xiàn)多次泵浦。這就需要加工尺寸較大的拋物面和折疊鏡以實(shí)現(xiàn)上述光線的傳輸；朱曉教授等提出共軛拋物面的多次泵浦方案對(duì)矯正鏡和碟片之間的角度關(guān)系直接決定泵浦光斑的次數(shù)，在裝配和調(diào)整方面要求比較嚴(yán)格。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的多次泵浦的碟片固體激光器，該碟片固體激光器僅需對(duì)入射泵浦光束進(jìn)行較為簡(jiǎn)單的準(zhǔn)直，就可以實(shí)現(xiàn)高功率、高效率、高光束質(zhì)量的激光輸出。本發(fā)明提供了一種多次泵浦的碟片固體激光器，包括半導(dǎo)體激光器疊陣、泵浦光束準(zhǔn)直系統(tǒng)、冷卻指、激光碟片晶體和激光輸出鏡，激光輸出鏡與激光碟片晶體構(gòu)成諧振腔，冷卻指用于對(duì)激光碟片晶體進(jìn)行冷卻，它還包括拋物面反射鏡、第一折疊鏡和第二折疊鏡，其中第一折疊鏡和第二折疊鏡均為180度反射，激光碟片晶體放置在拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處，第一、第二折疊鏡均位于拋物面反射鏡的反射光路上，且分別位于激光碟片晶體的兩側(cè)；半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后進(jìn)入拋物面反射鏡、 第一折疊鏡、第二折疊鏡和激光碟片晶體，在其中經(jīng)過(guò)多次泵浦，由所述激光諧振腔獲得激光輸出。進(jìn)一步的，第一折疊鏡的交線和第二折疊鏡的交線在XOY坐標(biāo)系內(nèi)的投影均平行 X軸，且兩投影分布在XOY坐標(biāo)系的一、三象限或二、四象限，兩投影到X軸的距離不相等，其中XOY坐標(biāo)系是以拋物面反射鏡的圓心為原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸建立的直角坐標(biāo)系。進(jìn)一步的，第一折疊鏡的交線與第二折疊鏡的交線不平行，兩交線均平行于由XOY 坐標(biāo)系所確定的平面，兩交線在該平面內(nèi)的投影中點(diǎn)的連線過(guò)XOY坐標(biāo)系的原點(diǎn)，且到原點(diǎn)的距離相等；其中XOY坐標(biāo)系是以拋物面反射鏡的圓心為原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸建立的直角坐標(biāo)系；第一折疊鏡或第二折疊鏡上開(kāi)有一泵浦光的入口，半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后由該入口進(jìn)入拋物面反射鏡。本發(fā)明具有以下有益效果(1)本發(fā)明所述的碟片固體激光器采用半導(dǎo)體激光器疊陣泵浦的方式，效率高、壽命長(zhǎng)，設(shè)備維護(hù)方便。(2)本發(fā)明所述的碟片固體激光器采用拋物面反射鏡、碟片狀激光晶體和兩個(gè) 180度反射的折疊鏡組成的多次泵浦聚光腔，實(shí)現(xiàn)了可控的泵浦光的多次傳輸，泵浦光斑面積合理，功率密度分布均勻。(3)本發(fā)明所述的碟片固體激光器在實(shí)現(xiàn)多次泵浦的同時(shí)降低了對(duì)半導(dǎo)體激光器泵浦光的準(zhǔn)直要求，簡(jiǎn)化了泵浦結(jié)構(gòu)，降低成本，提高了該系統(tǒng)的實(shí)用性。(4)本發(fā)明根據(jù)具體使用需求，可以靈活的采用不同實(shí)施方案，構(gòu)建V型或其他形式激光諧振腔以獲得大模體積或基模輸出、對(duì)多個(gè)具有增益的碟片狀激光晶體串接以獲得更高的輸出功率。(5)本發(fā)明所述的碟片固體激光器體積較小、機(jī)械結(jié)構(gòu)和調(diào)整簡(jiǎn)單、質(zhì)量較輕，便于工業(yè)應(yīng)用。


圖1平行放置的折疊鏡的碟片固體激光器結(jié)構(gòu)圖；圖2180度反射的折疊鏡示意圖；圖3平行放置折疊鏡的碟片固體激光器中拋物面鏡上光斑的分布特性；圖4旋轉(zhuǎn)放置的折疊鏡的碟片固體激光器結(jié)構(gòu)圖5旋轉(zhuǎn)放置折疊鏡的碟片固體激光器中拋物面鏡上光斑的分布特性；圖6旋轉(zhuǎn)放置折疊鏡、雙拋物面的碟片固體激光器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣作為泵浦源，拋物面反射鏡、碟片狀激光晶體和兩個(gè)180度反射的折疊鏡組成多次泵浦勻化聚光腔。利用180度反射的折疊鏡和拋物面反射聚焦的光學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)可控的多次泵浦。在第一種具體實(shí)施方式
(簡(jiǎn)稱為方案1)中，兩個(gè)180度反射的折疊鏡位于拋物面反射鏡的反射光路上，兩個(gè)180度反射的折疊鏡的交線相互平行，且分布在拋物面反射鏡所確定的XOY坐標(biāo)系的一、三象限或二、四象限，兩交線在XOY坐標(biāo)系內(nèi)的投影與X軸平行且到X軸的距離存在一定的差值(I L1-L2 I乒0)。泵浦光從第一折疊鏡上方進(jìn)入拋物面反射鏡被拋物面反射鏡反射后直接泵浦到碟片激光晶體內(nèi)部，未被吸收的光線再次回到拋物面反射鏡后以平行光離開(kāi)拋物面反射鏡進(jìn)入第二個(gè)折疊鏡，折疊鏡將入射的光線以折疊鏡的交線為對(duì)稱軸平移泵浦光，然后180度反射到拋物面反射鏡，經(jīng)拋物面反射鏡反射后再次入射到激光碟片晶體內(nèi)部，此后未被吸收的光經(jīng)拋物面反射鏡反射后，平行入射到第一折疊鏡，由于兩折疊鏡交線到坐標(biāo)系X的距離存在一定的差值(|L1-L2|興0)。因此光線進(jìn)入第一折疊鏡再次完成平移和180度反射，返回到拋物面。此后上述泵浦過(guò)程不斷重復(fù)，最終完成勻化光斑的多次泵浦，泵浦光在拋物面反射鏡上形成一系列相互平行的泵浦光斑， 在碟片上形成均勻的泵浦光斑，有效提高激光器的光光轉(zhuǎn)換效率。在第二種具體實(shí)施方式
(簡(jiǎn)稱為方案2)中，兩個(gè)180度反射的折疊鏡位于拋物面反射鏡的反射光路上，兩個(gè)180度反射的折疊鏡的交線存在一定的夾角α，兩個(gè)180度反射的折疊鏡的交線在拋物面所確定的XOY平面內(nèi)的投影中點(diǎn)的連線過(guò)原點(diǎn)且到原點(diǎn)的距離相等。泵浦光從第一折疊鏡上的入射孔徑處入射到拋物面反射鏡，光線被拋物面反射鏡反射后直接泵浦到碟片激光晶體內(nèi)部，未被吸收的光線再次回到拋物面反射鏡后以平行光離開(kāi)拋物面反射鏡進(jìn)入第二個(gè)折疊鏡，由于第二折疊鏡相對(duì)于第一折疊鏡存在一定的旋轉(zhuǎn)，因此第二折疊鏡將光線以折疊鏡的交線為對(duì)稱軸平移泵浦光的同時(shí)相對(duì)于拋物面坐標(biāo)系發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，經(jīng)反射后的光線回到拋物面反射鏡，再次入射到激光碟片晶體內(nèi)部，此后未被吸收的光經(jīng)拋物面反射鏡反射后，平行入射到第一折疊鏡，由于兩折疊鏡的交線存在一定夾角，因此入射到第一折疊鏡的光線避開(kāi)折疊鏡上的入射孔徑。此后光線被拋物面反射鏡鏡像和180度反射回拋物面反射鏡，光線如此往復(fù)重復(fù)上述過(guò)程，最終完成多次泵浦。泵浦光在拋物面反射鏡上兩折疊鏡在XY坐標(biāo)系投影的區(qū)域內(nèi)形成圓形分布的光斑，且光斑本身存在旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)碟片上泵浦光斑的勻化和多次傳輸，有效提高激光器的光光轉(zhuǎn)換效率。下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，方案1提供的碟片固體激光器包括拋物面反射鏡1、第一折疊鏡2、第二折疊鏡3、冷卻指4、激光碟片晶體5、準(zhǔn)直后的激光光束6、半導(dǎo)體激光器疊陣12、泵浦光束準(zhǔn)直系統(tǒng)13和激光輸出鏡14。半導(dǎo)體激光器疊陣12發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器 13準(zhǔn)直后進(jìn)入拋物面反射鏡1、第一折疊鏡2、第二折疊鏡3和激光碟片晶體5所構(gòu)成的多次泵浦系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)多次、高效、均勻的泵浦，激光碟片晶體5與激光輸出鏡14構(gòu)成諧振腔獲得激光輸出。拋物面反射鏡1具有反射聚焦的特性，將入射的平行光束會(huì)聚到其焦點(diǎn)處，拋物面鍍有對(duì)泵浦光高反射的膜層。第一折疊鏡2和第二折疊鏡3均為180度反射的折疊鏡，折疊鏡由兩部分組成，這兩部分組合完成光線的180度回歸反射，這兩部分在底面的交線稱為該折疊鏡的交線。該折疊鏡可為兩個(gè)直角棱鏡、兩個(gè)保羅棱鏡、也可是兩個(gè)90度夾角放置的平面鏡。如果是棱鏡，則棱鏡的斜邊面鍍有泵浦光的增透膜，兩個(gè)直角面拋光利用光線的全內(nèi)反射實(shí)現(xiàn)光束的180度回歸反射。如果是采用兩個(gè)90度夾角放置的平面鏡，則反射光的平面需鍍有對(duì)泵浦光的高反膜。圖2給出了由兩個(gè)90度夾角放置的平面鏡組成的折疊鏡的示意圖，其中直線AB為該折疊鏡的交線，在多次泵浦系統(tǒng)的裝配中是重要裝配基準(zhǔn)線。冷卻指4為激光碟片晶體5的冷卻部件和支撐部分，碟片激光晶體5焊接、粘貼或夾持在冷卻指4上，對(duì)激光碟片晶體5進(jìn)行高效的冷卻，可以采用射流沖擊冷卻的液體冷卻方式，也可以采用貼片或微通道的冷卻方式。激光碟片晶體5厚度為0. Imm 1mm，直徑為4mm 25mm，作為激光器的激活介質(zhì)。 該晶體放置在拋物面反射鏡1的焦點(diǎn)處，遠(yuǎn)離拋物面反射鏡的一面鍍有對(duì)泵浦光和輸出激光高反射的膜層，該膜層與激光輸出鏡14構(gòu)成激光諧振腔，另一面鍍有對(duì)泵浦光和輸出激光的高透膜層，以減少泵浦光和輸出激光的反射損耗。激光碟片晶體5在安裝時(shí)可以適當(dāng)
1 焦。激光束6，7，8，9，10，11為經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體激光準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)入多次泵浦系統(tǒng)后，其傳輸順序依次為6，7，8，9，10，11。半導(dǎo)體激光器疊陣12作為碟片固體激光器的泵浦源，此光束在快軸(X方向)和慢軸(Y方向)的發(fā)散角以及光斑尺寸均不同，因此需經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后才能應(yīng)用。泵浦光束準(zhǔn)直器13將半導(dǎo)體激光器疊陣12所發(fā)出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，經(jīng)準(zhǔn)直后的泵浦光束X、Y方向發(fā)散角較小且相等。使得進(jìn)入拋物面聚焦后的光斑尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，從而獲得一長(zhǎng)條形的光斑。激光輸出鏡14為輸出耦合鏡，可以為平面鏡、也可以為曲面鏡。其與激光碟片晶體5 —端面的激光全反膜構(gòu)成諧振腔，實(shí)現(xiàn)諧振放大，完成激光輸出。本發(fā)明所述的第一種碟片固體激光器的工作過(guò)程如下經(jīng)準(zhǔn)直的泵浦光6從第一折疊鏡2上方入射到拋物面反射鏡1上，被拋物面反射鏡1反射至其焦點(diǎn)處，激光碟片晶體放置在該拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處可適當(dāng)離焦，因此泵浦光入射到激光碟片晶體內(nèi)部分被吸收，未被吸收的泵浦光被晶體反射回拋物面反射鏡1，被拋物面反射鏡反射后以光束7離開(kāi)拋物面反射鏡進(jìn)入第二折疊鏡3，由于第二折疊鏡3具有180度回歸反射的特性，因此光束 7以第二折疊鏡交線AB為對(duì)稱軸將光束7反射平移后以光束8回到拋物面反射鏡1，并再次聚焦到激光碟片晶體內(nèi)部，未被吸收的泵浦光再次被激光晶體反射回拋物面反射鏡，由于第二折疊鏡的平移特性，使得此次反射的光束在拋物面反射鏡的第四象限，以光束9離開(kāi)拋物面反射鏡1進(jìn)入第一折疊鏡2，并在第一折疊鏡2內(nèi)完成光束的平移和180度的回歸反射，以光束10再入射到拋物面反射鏡1，此后再次進(jìn)入激光碟片晶體，未被吸收的光束再次反射回拋物面反射鏡1的第二象限，光束被拋物面反射鏡反射后，以光束11進(jìn)入第二折疊鏡3。從而光束在該多次泵浦系統(tǒng)中形成循環(huán)，實(shí)現(xiàn)激光碟片晶體的多次泵浦。
該方案布局與光線的傳輸特性描述如下以拋物面反射鏡1的圓心為原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸，建立直角坐標(biāo)系Χ0Υ。兩個(gè)180度反射的折疊鏡2、3位于拋物面反射鏡1的反射光路上，第一折疊鏡2的交線AB和第二折疊鏡3交線CD在XOY坐標(biāo)系內(nèi)的投影與X軸平行，且分布在XOY坐標(biāo)系的一、三象限或二、四象限，兩個(gè)折疊鏡在XOY 平面內(nèi)投影如圖3所示，其中A’ B’、C’ D’分別為第一折疊鏡2的交線和第二折疊鏡3的交線在該坐標(biāo)平面的投影。A’ B’、C’ D’均與X軸平行且距離X軸的長(zhǎng)度分別為，L1、L2，兩者的差值|L1-L2|興0。這樣才可以保證從第一折疊鏡入射的泵浦光束經(jīng)拋物面反射鏡，激光晶體和第二折疊鏡反射回來(lái)的光束進(jìn)入第一折疊鏡進(jìn)行平行反射后再次回到多次反射系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)多次平移反射。其中a為入射準(zhǔn)直后的入射光斑，經(jīng)拋物面反射鏡反射和碟片晶體反射后入射到拋物面反射鏡形成光斑b，此后折疊鏡將光束以A’ B’對(duì)稱反射回拋物面反射鏡，在拋物面上形成光斑c，光束再次被激光晶體反射后回到拋物面形成光斑d。此后光束進(jìn)入第一折疊鏡，以交線C’ D’對(duì)稱反射后重新入射到拋物面上形成光斑e，并再次入射到拋物面反射鏡后聚焦到碟片晶體，而未被吸收的光束返回拋物面反射鏡，形成光斑f，上述過(guò)程不斷反復(fù)形成多次泵浦。因此，圖3中a，e，d為出入第一折疊鏡2的光斑在拋物面反射鏡1上的光斑分布特性，b，c, f為出入第二折疊鏡3的光斑在拋物面反射鏡上1的光斑分布特性，可見(jiàn)，由于兩折疊鏡交線相互平行，故在拋物面反射鏡形成的光斑同樣平行分布，其泵浦光斑的次數(shù)受到參數(shù)N = L/ I L1-L2 I的影響，其中L如圖2所示，為折疊鏡兩斜邊的距離。當(dāng)N= 2η時(shí)(η為正整數(shù))，每一折疊鏡內(nèi)光束傳輸2η+1次，在對(duì)應(yīng)得拋物面區(qū)域形成2η+1個(gè)平行的光斑分部，碟片晶體的泵浦次數(shù)為2Χ (2η+1)次。當(dāng)N = 2η+1時(shí)，折疊鏡內(nèi)存在2η+2光斑碟片晶體的泵浦次數(shù)為2Χ (2η+2)次。當(dāng)2n < N < 2η+1時(shí)，碟片晶體的泵浦次數(shù)同樣介于2Χ (2η+1)次和2Χ (2η+2)次之間。如圖4所示，方案2提供的碟片固體激光器包括拋物面反射鏡1、第一折疊鏡2、 第二折疊鏡3、冷卻指4、激光碟片晶體5、準(zhǔn)直后的激光光束6、泵浦光入口 15，激光輸出鏡 14，半導(dǎo)體激光器疊陣12，泵浦光束準(zhǔn)直系統(tǒng)13。半導(dǎo)體激光器疊陣12發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器13準(zhǔn)直后進(jìn)入拋物面反射鏡1，第一折疊鏡2，第二折疊鏡3，激光碟片晶體 5所構(gòu)成的多次泵浦系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)多次、高效、均勻的泵浦；激光晶體5與激光輸出鏡14構(gòu)成諧振腔獲得激光輸出。上述各個(gè)器件的膜層和功能與方案1基本相同，但在空間布局和位置關(guān)系方面存在較大差異，使得泵浦光束在空間傳輸時(shí)分布不同。為實(shí)現(xiàn)該傳輸方案，以拋物面反射鏡1 的圓心為原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸，建立直角坐標(biāo)系Χ0Υ。兩個(gè)180度反射的折疊鏡2、3位于拋物面反射鏡1的反射光路上，第一折疊鏡2的交線與第二折疊鏡3的交線平行于XOY平面。且兩個(gè)折疊鏡的交線存在一定的夾角α (α >0)，兩交線在拋物面反射鏡1所確定的XOY平面內(nèi)的投影中點(diǎn)的連線過(guò)原點(diǎn)且到原點(diǎn)的距離相等。第一折疊鏡2 或第二折疊鏡3上開(kāi)有一泵浦光的入口 15，經(jīng)準(zhǔn)直后泵浦光由此進(jìn)入多次泵浦系統(tǒng)中。本發(fā)明所述的第二種碟片固體激光器工作過(guò)程如下經(jīng)準(zhǔn)直的泵浦光6從第一折疊鏡2上的泵浦光入口 15進(jìn)入拋物面反射鏡1，被該鏡面反射至其焦點(diǎn)處，激光碟片晶體放置在該拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處，因此入射到激光碟片晶體內(nèi)部分被吸收，未被吸收的泵浦光被晶體反射回拋物面反射鏡1，被拋物面反射鏡反射以泵浦光離開(kāi)拋物面反射鏡進(jìn)入第二折疊鏡3，由于第二折疊鏡3的交線AB相對(duì)于第一折疊鏡2的交線CD存在以旋轉(zhuǎn)角α且具有180度回歸反射的特性，因此入射的泵浦光束以第二折疊鏡交線AB為對(duì)稱軸將該光線反射平移后反射到拋物面反射鏡1，并再次聚焦到激光碟片晶體內(nèi)部，未被吸收的泵浦光再次被激光晶體反射回拋物面反射鏡，由于旋轉(zhuǎn)角α 的存在回到第一折疊鏡2的光線被轉(zhuǎn)移到折疊鏡其他位置(離開(kāi)泵浦光入口 1 被第一折疊鏡2平移反射回拋物面，再次對(duì)激光碟片晶體5進(jìn)行泵浦，此后上述過(guò)程不斷重復(fù)實(shí)現(xiàn)了泵浦光的多次反射。該方案布局與光線的傳輸特性描述如下以拋物面反射鏡原點(diǎn)為圓心，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸，建立直角坐標(biāo)系Χ0Υ。兩折疊鏡的交線平行XOY平面放置，在 XOY平面內(nèi)投影如圖5所示，其中A’ B’，C’ D’為第一折疊鏡2的交線和第二折疊鏡3的交線在該坐標(biāo)平面的投影，其交線中點(diǎn)02，03的連線過(guò)原點(diǎn)，且到原點(diǎn)的距離相同。激光碟片晶體的中心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)0，根據(jù)光學(xué)成像原理，第二折疊鏡的交線A’ B’經(jīng)拋物面1和激光碟片晶體5在第一折疊鏡交線C’ D’平面成像為A” B”。A” B”與第一折疊鏡C’ D’與存在夾角α，該角度決定了多次泵浦光斑的次數(shù)和泵浦光斑在空間的分布特性。泵浦光斑從泵浦光入口 a入射，經(jīng)拋物面反射鏡1和激光碟片晶體5反射后以b入射至第二折疊鏡， 由于第二折疊鏡的180度回歸反射特性，光束b以交線A’B’對(duì)稱成像以光束c反射回拋物面反射鏡，經(jīng)激光碟片晶體反射后再次回到拋物面反射鏡的對(duì)稱區(qū)域形成光束d，反射回第一折疊鏡，并在第一折疊鏡內(nèi)以交線C’ D’鏡像為光束e反射回拋物面反射鏡，上述過(guò)程不斷重復(fù)，最終在第一折疊鏡對(duì)應(yīng)的拋物面區(qū)域形成以交線中點(diǎn)02為圓心中心對(duì)稱分布的一系列光斑，其光斑在多次傳輸時(shí)相對(duì)中點(diǎn)02旋轉(zhuǎn)。同理，在第二折疊鏡對(duì)應(yīng)的拋物面區(qū)域形成了以交線中點(diǎn)03為圓心中心對(duì)稱分布的一系列光斑，其光斑在多次傳輸時(shí)相對(duì)中點(diǎn)03旋轉(zhuǎn)，這樣使得泵浦到激光碟片晶體內(nèi)部的光斑疊加后泵浦區(qū)域更為均勻。泵浦光斑的次數(shù)和分布特性由兩折疊鏡交線夾角α和入射光束的位置決定，折疊鏡中傳輸光線的次數(shù)η = πιπ/α (若α不能被π整除，先將其化為分?jǐn)?shù)，m的數(shù)值為分?jǐn)?shù)中分子的最小公倍數(shù)，且為整數(shù)，使其滿足整除關(guān)系)。則在折疊鏡之間泵浦光束傳輸了 2η次，相對(duì)于碟片激光晶體就泵浦了如次。而泵浦光斑在拋物面的位置分布最好以交角的角平分線的位置入射，這樣所有光斑已圓心為原點(diǎn)均勻分布。如圖6所示，在方案2的基礎(chǔ)上可以發(fā)現(xiàn)泵浦光在拋物鏡面上的分布均落在折疊鏡在拋物面反射鏡的投影區(qū)且為圓形分布，因此，為節(jié)約拋物面的加工材料和加工成本，僅需加工兩個(gè)具有相同面型函數(shù)空間對(duì)稱分布的部分拋物面反射鏡以提供有效的反射聚焦， 在裝配時(shí)對(duì)應(yīng)的裝配到相應(yīng)的位置即可，其傳輸方式和工作原理與方案2相同。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種多次泵浦的碟片固體激光器，包括半導(dǎo)體激光器疊陣(12)、泵浦光束準(zhǔn)直系統(tǒng) (13)、冷卻指G)、激光碟片晶體( 和激光輸出鏡(14)，激光輸出鏡(14)與激光碟片晶體 (5)構(gòu)成諧振腔，冷卻指(4)用于對(duì)激光碟片晶體( 進(jìn)行冷卻，其特征在于，它還包括拋物面反射鏡(1)、第一折疊鏡( 和第二折疊鏡(3)，其中第一折疊鏡( 和第二折疊鏡(3) 均為180度反射，激光碟片晶體( 放置在拋物面反射鏡(1)的焦點(diǎn)處，第一、第二折疊鏡 (2,3)均位于拋物面反射鏡(1)的反射光路上，且分別位于激光碟片晶體(5)的兩側(cè)；半導(dǎo)體激光器疊陣(1 發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器(1 準(zhǔn)直后進(jìn)入拋物面反射鏡(1)、第一折疊鏡( 、第二折疊鏡C3)和激光碟片晶體(5)，在其中經(jīng)過(guò)多次泵浦，由所述激光諧振腔獲得激光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟片固體激光器，其特征在于，第一折疊鏡(2)的交線和第二折疊鏡C3)的交線在XOY坐標(biāo)系內(nèi)的投影均平行X軸，且兩投影分布在XOY坐標(biāo)系的一、三象限或二、四象限，兩投影到X軸的距離不相等，其中XOY坐標(biāo)系是以拋物面反射鏡(1)的圓心為原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸建立的直角坐標(biāo)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碟片固體激光器，其特征在于，第一折疊鏡(2)的交線與第二折疊鏡(3)的交線不平行，兩交線均平行于由XOY坐標(biāo)系所確定的平面，兩交線在該平面內(nèi)的投影中點(diǎn)的連線過(guò)XOY坐標(biāo)系的原點(diǎn)，且到原點(diǎn)的距離相等；其中XOY坐標(biāo)系是以拋物面反射鏡(1)的圓心為原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸建立的直角坐標(biāo)系；第一折疊鏡( 或第二折疊鏡C3)上開(kāi)有一泵浦光的入口(15)，半導(dǎo)體激光器疊陣 (12)發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器(1 準(zhǔn)直后由該入口進(jìn)入拋物面反射鏡(1)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多次泵浦的碟片固體激光器，它包括半導(dǎo)體激光器疊陣、泵浦光束準(zhǔn)直系統(tǒng)、冷卻指、激光碟片晶體、激光輸出鏡、拋物面反射鏡和180度反射的第一、第二折疊鏡，激光碟片晶體放置在拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處，第一、第二折疊鏡均位于拋物面反射鏡的反射光路上，且分別位于激光碟片晶體的兩側(cè)；半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過(guò)泵浦光準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后進(jìn)入拋物面反射鏡、第一折疊鏡、第二折疊鏡和激光碟片晶體，經(jīng)過(guò)多次泵浦，由所述激光諧振腔獲得激光輸出。該碟片固體激光器實(shí)現(xiàn)了可控的泵浦光的多次傳輸，泵浦光斑面積合理，功率密度分布均勻，僅需對(duì)入射泵浦光束進(jìn)行簡(jiǎn)單的準(zhǔn)直，就可以實(shí)現(xiàn)高功率、高效率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/00GK102208748SQ20111011904
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者尚建力, 朱廣志, 朱曉, 朱長(zhǎng)虹, 王海林, 郭飛, 齊麗君 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)