專利名稱：板條激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種板條激光器。
背景技術(shù)：
非穩(wěn)腔-穩(wěn)腔混合腔是ー類特殊的激光諧振腔，它在ー個方向是非穩(wěn)腔，而在另外垂直的方向上是穩(wěn)腔，這樣的混合腔可以同時具備非穩(wěn)腔和穩(wěn)腔的特點，非穩(wěn)腔可以保證大的基模體積，實現(xiàn)可控的衍射輸出，在垂直的穩(wěn)腔穩(wěn)定性用來提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 目前的非穩(wěn)腔-穩(wěn)腔混合腔方案主要有以下兩種方案一采用鏡片邊緣輸出的方式。由兩片或兩片以上的全反鏡構(gòu)成反射系統(tǒng)。 光束在非穩(wěn)腔方向多次反射構(gòu)成折疊光路，由鏡片邊緣輸出。方案ニ，采用變反射率輸出鏡的輸出方式。柱面輸出鏡在曲面方向的反射率呈高斯分布，滿足R = R0 exp(-r2/w2)(其中Rtl為鏡片中心反射率)，與之垂直方向的鏡面反射率相同。對于激光放大器及激光諧振腔而言，上述方案均有相應(yīng)的不足之處方案一中，采用邊緣衍射輸出的激光不可避免的會產(chǎn)生邊緣衍射效應(yīng)，對光束質(zhì)量造成一定的影響。方案ニ中，輸出鏡中心反射率Rtl的選擇必須與晶體尺寸匹配，其優(yōu)化過程是一件較為困難的事情，另外在輸出鏡凹面方向鍍有呈高斯分布的反射率膜層而在與之垂直方向鍍有均勻反射率膜層，增加了技術(shù)難度，提高了鏡片的成本。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種元件少、結(jié)構(gòu)簡單、裝調(diào)容易、易于實現(xiàn)高效率及高光束質(zhì)量的輸出的板條激光器。(ニ)技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了ー種板條激光器，包括激光介質(zhì)以及泵浦激光介質(zhì)的泵浦裝置，其特征在干，所述激光器還包括曲面相對設(shè)置的凹面全反射鏡以及凸面輸出鏡，所述凹面全反射鏡的曲面為曲率半徑為Rle的圓柱形凹面，所述凸面輸出鏡的曲面為曲率半徑為R3。、并設(shè)有部分反射率膜層的圓柱形凸面；所述凹面全反射鏡和凸面輸出鏡構(gòu)成的諧振腔長為1，滿足Rle+R3。= 21，使得激光器工作時射向所述凸面輸出鏡的光為平行光；所述激光介質(zhì)位于所述凹面全反射鏡和凸面輸出鏡相対的曲面之間，并且所述激光介質(zhì)呈ー邊與光軸方向平行的長方體形，所述激光介質(zhì)與光軸垂直的橫截面為呈長方形，所述長方形的短邊與所述圓柱形凹面的母線平行。優(yōu)選地，所述激光器還包括夾設(shè)于所述激光介質(zhì)側(cè)面的冷卻裝置，用于對所述激光介質(zhì)進行冷卻。優(yōu)選地，所述激光器還包括凹面全反射鏡調(diào)節(jié)裝置，用于對所述凹面全反射鏡進行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述激光器還包括凸面輸出鏡調(diào)節(jié)裝置，用于對所述凸面輸出鏡進行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，所述泵浦裝置包括泵浦源以及位于所述泵浦源與激光介質(zhì)之間的泵浦光耦合鏡裝置。優(yōu)選地，所述激光器還包括底座，用于固定所述激光介質(zhì)、泵浦裝置、凹面全反射鏡以及凸面輸出鏡。優(yōu)選地，所述激光介質(zhì)是固體介質(zhì)、氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)。優(yōu)選地，激光介質(zhì)的泵浦方式為側(cè)面泵浦、邊緣泵浦、端面泵浦、角泵浦或放電激勵。優(yōu)選地，所述激光器連續(xù)工作或脈沖工作。優(yōu)選地，所述激光器還包括腔內(nèi)器件，用于構(gòu)成相應(yīng)的激光光路。優(yōu)選地，所述腔內(nèi)器件包括倍頻器件、調(diào)Q器件、鎖模器件中的ー種或幾種。(三)有益效果本發(fā)明提出的激光器結(jié)構(gòu)在穩(wěn)腔方向采用平-平腔結(jié)構(gòu)，減少了腔鏡的調(diào)節(jié)難度，將分析系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為ー維。與背景技術(shù)中的方案一相比，激光由輸出鏡透射輸出，能夠避免了邊緣衍射效應(yīng)，提高了光束質(zhì)量；與背景技術(shù)中的方案二相比，輸出鏡表面鍍有均勻部分反射率膜層，避免了輸出鏡中心反射率的選擇優(yōu)化，降低了鏡片的制作難度與成本。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例板條激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例板條激光器在Y-Z平面內(nèi)構(gòu)成的平-平結(jié)構(gòu)的諧振腔的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例板條激光器在在X-Z平面內(nèi)構(gòu)成凹-凸結(jié)構(gòu)的非穩(wěn)諧振腔的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例板條形激光介質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1 凹面全反射鏡；2 激光介質(zhì)；3 凸面輸出鏡；4 冷卻裝置；5 泵浦源；6 泵浦光耦合鏡裝置；7 底座；8 凹面全反射鏡調(diào)節(jié)裝置；9 凸面輸出鏡調(diào)節(jié)裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明如下。如圖1所示，ー種板條激光器，包括激光介質(zhì)2以及泵浦激光介質(zhì)2的泵浦裝置， 所述激光器還包括曲面相對設(shè)置的凹面全反射鏡1以及凸面輸出鏡3，所述凹面全反射鏡 1的曲面為圓柱形凹面，所述凸面輸出鏡3的曲面為與所述圓柱形凹面對應(yīng)、并設(shè)有部分反射率膜層的圓柱形凸面；所述激光介質(zhì)2位于所述凹面全反射鏡1和凸面輸出鏡3相対的曲面之間，并且所述激光介質(zhì)2呈ー邊與光軸方向平行的長方體形，所述激光介質(zhì)2與光軸垂直的橫截面為呈長方形，所述長方形的短邊與所述圓柱形凹面的母線平行。如圖1所示， 通過三維直角坐標系來表示的話，本實施例中的光軸方向沿Z軸方向，激光介質(zhì)2的長方形橫截面的短邊沿Y軸方向、長邊沿X軸方向。激光器工作吋，腔內(nèi)射向凸面輸出鏡3的光束為平行光，該平行光由凸面輸出鏡3耦合輸出。所述激光介質(zhì)可以是固體介質(zhì)、氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)。本實施例中，所述激光介質(zhì)2為摻雜0. 6%的Nd: YAG晶體，如圖4所示，其為板條狀的長方體形，沿Z軸的長度a = 80mm，沿X軸的寬度b = 12mm，沿Y軸的厚度c = 1.2mm。由于本實施例凹面全反射鏡1和凸面輸出鏡3相対的曲面為母線相互平行的圓柱形凹面和凸面，因此激光器工作時該凹面全反射鏡1和凸面輸出鏡3在Y-Z平面內(nèi)構(gòu)成平-平結(jié)構(gòu)的諧振腔，如圖2所示；在X-Z平面內(nèi)構(gòu)成凹-凸結(jié)構(gòu)的非穩(wěn)諧振腔，如圖3所
7J\ ο如圖2所示，Y-Z平面內(nèi)的平-平結(jié)構(gòu)的諧振腔，包括一個全反平面鏡la，ー個鍍有均勻部分反射率膜層的平面鏡3a(凹面全反射鏡1和凸面輸出鏡3在Y-Z平面內(nèi)可以分別等效于全反平面鏡Ia和平面鏡3a)，兩個腔鏡之間的間距為1。該Y_Z平面內(nèi)的腔鏡構(gòu)成穩(wěn)腔，光束能夠持續(xù)振蕩，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖3所示，X-Z平面上的激光諧振腔，包括一個全反凹面鏡lb，其曲率半徑為 Rlc (Rlc > 0)，ー個鍍有均勻部分反射率膜層的凸面鏡I (凹面全反射鏡1和凸面輸出鏡3 在X-Z平面內(nèi)可以分別等效于全反凹面鏡Ib和凸面鏡北)，其曲率半徑為R3e (R3e < 0)，兩個腔鏡之間的間距為1。R1。，R3。，1滿足下列關(guān)系R1c+R3c = 21定義:gl= 1-1/Rlc, g2 = 1-1/R3c可以得到gl · g2 < 0，故在X-Z平面內(nèi)，腔鏡1與3構(gòu)成正支共焦非穩(wěn)腔。激光介質(zhì)晶體置于兩腔鏡之間，其光軸ζ方向與腔鏡的主軸平行，在X-Z平面內(nèi)， 光束經(jīng)過折疊振蕩，具有大的基模體積。所述激光器還包括夾設(shè)于所述激光介質(zhì)2側(cè)面的冷卻裝置4，用于對所述激光介質(zhì)2進行冷卻，其冷卻方式可以是風(fēng)冷、水冷或傳導(dǎo)冷卻。本實施例中的冷卻裝置4采用紫銅夾持激光介質(zhì)2的兩個大面，以水冷的方式進行冷卻。所述激光器還包括凹面全反射鏡調(diào)節(jié)裝置8，用于對所述凹面全反射鏡1的三維位置進行調(diào)節(jié)。所述激光器還包括凸面輸出鏡調(diào)節(jié)裝置9，用于對所述凸面輸出鏡3的三維位置進行調(diào)節(jié)。激光介質(zhì)的泵浦方式為側(cè)面泵浦、邊緣泵浦、端面泵浦、角泵浦或放電激勵等。所述泵浦裝置包括泵浦源5以及位于所述泵浦源5與激光介質(zhì)2之間的泵浦光耦合鏡裝置6。 本實施例中，所述泵浦源5為半導(dǎo)體激光器，采用邊緣泵浦的方進行泵浦式，半導(dǎo)體激光器陣列縱向排列，激光器慢軸方向平行ζ軸，快軸方向平行y軸，泵浦方向沿χ軸，總泵浦功率 4000W。所述激光器還包括底座7，用于提供光學(xué)平臺，供所述凹面全反射鏡調(diào)節(jié)裝置8、 凸面輸出鏡調(diào)節(jié)裝置9、冷卻裝置4、泵浦源5以及泵浦光耦合鏡裝置6的底部安裝固定。本實施例激光介質(zhì)2置于諧振腔的中心位置，理論上可以實現(xiàn)1000W光束質(zhì)量較好的輸出。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.ー種板條激光器，包括激光介質(zhì)O)以及泵浦激光介質(zhì)O)的泵浦裝置，其特征在干，所述激光器還包括曲面相對設(shè)置的凹面全反射鏡(1)以及凸面輸出鏡(3)，所述凹面全反射鏡⑴的曲面為曲率半徑為R1。的圓柱形凹面，所述凸面輸出鏡⑶的曲面為曲率半徑為R3。、并設(shè)有部分反射率膜層的圓柱形凸面；所述凹面全反射鏡(1)和凸面輸出鏡(3)構(gòu)成的諧振腔長為1，滿足札。+R3。= 21，使得激光器工作時射向所述凸面輸出鏡C3)的光為平行光；所述激光介質(zhì)⑵位于所述凹面全反射鏡⑴和凸面輸出鏡⑶相対的曲面之間，并且所述激光介質(zhì)( 呈ー邊與光軸方向平行的長方體形，所述激光介質(zhì)( 與光軸垂直的橫截面為呈長方形，所述長方形的短邊與所述圓柱形凹面的母線平行。
2.如權(quán)利要求1所述的板條激光器，其特征在干，所述激光器還包括夾設(shè)于所述激光介質(zhì)( 側(cè)面的冷卻裝置，用于對所述激光介質(zhì)( 進行冷卻，所述冷卻方式為風(fēng)冷、水冷或傳到冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的板條激光器，其特征在干，所述激光介質(zhì)是固體介質(zhì)、氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的板條激光器，其特征在于，激光介質(zhì)的泵浦方式為側(cè)面泵浦、邊緣泵浦、端面泵浦、角泵浦或放電激勵。
5.如權(quán)利要求1所述的板條激光器，其特征在干，所述激光器連續(xù)工作或脈沖工作。
6.如權(quán)利要求1所述的板條激光器，其特征在干，所述激光器還包括腔內(nèi)器件，用于構(gòu)成相應(yīng)的激光光路。
7.如權(quán)利要求6所述的板條激光器，其特征在干，所述腔內(nèi)器件包括倍頻器件、調(diào)Q器件、鎖模器件中的ー種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種板條激光器，包括激光介質(zhì)以及泵浦激光介質(zhì)的泵浦裝置，所述激光器還包括曲面相對設(shè)置的凹面全反射鏡以及凸面輸出鏡，所述凹面全反射鏡的曲面為圓柱形凹面，所述凸面輸出鏡的曲面為與所述圓柱形凹面對應(yīng)、并設(shè)有部分反射率膜層的圓柱形凸面；所述激光介質(zhì)位于所述凹面全反射鏡和凸面輸出鏡相對的曲面之間，并且所述激光介質(zhì)呈一邊與光軸方向平行的長方體形，所述激光介質(zhì)與光軸垂直的橫截面為呈長方形，所述長方形的短邊與所述圓柱形凹面的母線平行，激光器工作時，諧振腔內(nèi)射向凸面輸出鏡。的光束為平行光，并由凸面輸出鏡耦合輸出。本發(fā)明元件少、結(jié)構(gòu)簡單、裝調(diào)容易、易于實現(xiàn)高效率及高光束質(zhì)量的輸出。
文檔編號H01S3/13GK102570279SQ20111041528
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者鞏馬理, 柳強, 胡震岳, 黃磊 申請人:清華大學(xué)