專利名稱：單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單級振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，能夠在不犧牲功率的前提下保持優(yōu)異的光束質(zhì)量，具有穩(wěn)定、安全、裝調(diào)方便的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
高平均功率高光束質(zhì)量激光在軍民領(lǐng)域都有極其廣泛、重要的應(yīng)用，因而成為當(dāng)前激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。目前，公知的高功率棒狀激光器有兩種技術(shù)方案第一，利用體積大的激活介質(zhì)，見圖1，圖1為采用大體積激光晶體的高功率激光器的示意圖，但是存在兩個問題1)大的激光晶體生長非常困難，價格高昂，另外大的激光晶體散熱也是非常的困難，大多是用于熱容方式工作；幻用大直徑激光晶體的激光器一般光束質(zhì)量會很差，光束質(zhì)量的M2因子隨激光晶體直徑的增加而呈幾何級數(shù)的增加。第二，在振蕩腔內(nèi)多晶體棒串接，見圖2，圖2為采用腔內(nèi)多棒串接的高功率激光器的示意圖，激光輸出功率與棒數(shù)成比例增加，并保持單棒光束質(zhì)量幾乎不變。但是同樣存在兩個問題1)對激光模塊本身的一致性要求很高，必須保證各個激光棒的熱透鏡焦距非常一致，稍有差異就會導(dǎo)致振蕩腔提前進(jìn)入非穩(wěn)區(qū)，最終的功率也不會很高，甚至把激光模塊晶體邊緣燒壞；幻裝調(diào)非常的困難，必須保證所有晶體嚴(yán)格的同軸，稍有差異就困難導(dǎo)致無任何激光輸出，雖然在實(shí)驗(yàn)室中可以在腔內(nèi)串接多個激光棒，但是為了保證可靠的運(yùn)行，實(shí)際中一般兩個也就是能夠接受的最多的腔內(nèi)棒子數(shù)量。

實(shí)用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題為了能夠利用價格合適的中小尺寸的激光晶體，同時能夠獲得較好的光束質(zhì)量， 在不犧牲功率和為了裝調(diào)的方便和整體的穩(wěn)定，本實(shí)用新型提供了一種單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，該全固態(tài)激光器包括反射鏡、輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊，其中反射鏡與輸出耦合鏡構(gòu)成激光振蕩腔，反射鏡位于該激光振蕩腔的左端，輸出耦合鏡位于該激光振蕩腔的右端；一個激光模塊位于該激光振蕩腔內(nèi)作為激光振蕩模塊，該激光振蕩模塊距離反射鏡與輸出耦合鏡的距離相等；另外三個激光模塊依次位于輸出耦合鏡之外，分別作為一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊。上述方案中，所述反射鏡是一個全反射鏡，所述輸出耦合鏡是一個部分透過鏡，二者皆為平面鏡。上述方案中，所述反射鏡、輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊光學(xué)同軸。上述方案中，所述一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊均用于放大，三者連線的中點(diǎn)處于激光的束腰位置。上述方案中，所述激光振蕩腔內(nèi)的激光振蕩模塊，其數(shù)量不限于只有一個，但最多不超過兩個。上述方案中，所述激光模塊采用的激光晶體為圓棒狀結(jié)構(gòu)。上述方案中，所述激光振蕩腔具有兩臂長，且該兩臂長的長度相等。(三)有益效果本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型提供的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，能夠保持較高的總體效率，較好的光束質(zhì)量，對激光模塊的一致性要求降低，同時裝調(diào)簡單、穩(wěn)定可靠，能夠利用價格合適的中小尺寸的激光晶體，同時能夠獲得較好的光束質(zhì)量。

圖1為采用大體積激光晶體的高功率激光器的示意圖。圖2為采用腔內(nèi)多棒串接的高功率激光器的示意圖。圖3為本實(shí)用新型提供的單振蕩加多級放大的高功率激光器的示意圖。
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，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖3所示，圖3為本實(shí)用新型提供的單振蕩加多級放大的高功率激光器的示意圖，該全固態(tài)激光器包括反射鏡、輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊，其中反射鏡與輸出耦合鏡構(gòu)成激光振蕩腔，反射鏡位于該激光振蕩腔的左端，輸出耦合鏡位于該激光振蕩腔的右端；一個激光模塊位于該激光振蕩腔內(nèi)作為激光振蕩模塊，該激光振蕩模塊距離反射鏡與輸出耦合鏡的距離相等；另外三個激光模塊依次位于輸出耦合鏡之外，分別作為一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊。其中，反射鏡是一個全反射鏡，輸出耦合鏡是一個部分透過鏡，二者皆為平面鏡。 反射鏡、輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊光學(xué)同軸。一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊均用于放大，三者連線的中點(diǎn)處于激光的束腰位置。請參照圖3，在振蕩腔左端是一個對輸出激光高反的反射鏡1，并且激光振蕩腔內(nèi)只有一個激光模塊，但并不限于只有一個，但最多不超過兩個。并且激光振蕩腔內(nèi)激光模塊到兩個腔鏡的距離相同，如果為了獲得更好的光束質(zhì)量，可以把激光振蕩腔的腔長拉長，這時如果激光振蕩腔的徑向和切向的穩(wěn)區(qū)分離的較大的情況下可以在腔內(nèi)加入法拉第旋轉(zhuǎn)儀來補(bǔ)償，但最好的方法還是在腔內(nèi)放置兩個激光模塊，并在兩個激光模塊之間插入90° 石英旋光片，這樣成本更低。然后再依次放置后面的各級放大激光模塊，為了總體上的簡單和穩(wěn)定，所有的激光模塊規(guī)格應(yīng)該一樣。具體放置各級放大激光模塊的時候，要保證相鄰兩個激光模塊連線的中點(diǎn)剛好處于激光的束腰。再參照圖3，該激光器包括反射鏡1、激光振蕩模塊2、輸出耦合鏡3、一級放大激光模塊4、二級放大激光模塊5和三級放大激光模塊6。其中，激光振蕩模塊2、一級放大激光模塊4、二級放大激光模塊5和三級放大激光模塊6均為500W、LD側(cè)面泵浦激光模塊，采用的激光晶體Nd:YAG，摻雜濃度0. 6%，晶體尺寸為Φ6πιπιΧ 175mm, LD輸出波長808歷。反射鏡1是一個對808nm光高透對1064nm光高反的鏡子，輸出耦合鏡3的透過率T = 30%。首先測試四個激光模塊，選出一個能加到比較高的電流，即在保持功率不降的情況下電流能加的最高。然后把此激光模塊用于振蕩級，振蕩腔的長短(即反射鏡1與輸出耦合鏡3之間的距離)可以選取不同的數(shù)據(jù)，具體要根據(jù)所要求的光束質(zhì)量來設(shè)計(jì)，此實(shí)施例中，為了系統(tǒng)總體的簡易，沒有把振蕩腔拉的太長，太長會導(dǎo)致振蕩腔額徑向和切向的穩(wěn)區(qū)重合范圍太小，如果進(jìn)行熱致雙折射補(bǔ)償則會增加整個系統(tǒng)的復(fù)雜性。本實(shí)施例中反射鏡1或輸出耦合鏡3距離激光振蕩模塊2的激光晶體端面的距離為250mm，在具體的裝調(diào)過程中要盡量保持兩端反射鏡1或輸出耦合鏡3距離激光振蕩模塊2的晶體端面的距離相等，不然會使激光器出現(xiàn)非穩(wěn)區(qū)，對實(shí)際的應(yīng)用不利。然后調(diào)節(jié)振蕩腔的腔鏡(即反射鏡1 或輸出耦合鏡幻，使振蕩腔的功率最高，然后可以加第二個激光模塊，即一級放大激光模塊 4，方法是先將激光振蕩模塊2的電流剛開到閾值以上，然后把一級放大激光模塊4加上，一級放大激光模塊4距離振蕩腔輸出耦合鏡應(yīng)等于250mm，然后用激光探片作為檢測手段，使振蕩腔輸出激光通過一級放大激光模塊4的激光晶體的中心，然后就可以加上二級放大激光模塊5 了，在加二級放大激光模塊5前要用光斑分析儀或者刀口等手段測出通過一級放大激光模塊4后的激光的束腰位置，本實(shí)施例中束腰位置距離一級放大激光模塊4晶體端面210mm，然后以此束腰位置為參考放置二級放大激光模塊5，原則上使二級放大激光模塊 5和一級放大激光模塊4關(guān)于過激光束腰位置且垂直激光束方向的面對稱，本實(shí)施例中二級放大激光模塊5與一級放大激光模塊4之間的距離為420mm，如果二級放大激光模塊5放的過遠(yuǎn)，則到達(dá)二級放大激光模塊5晶體端面的激光的光斑大小可能會大于晶體的直徑， 導(dǎo)致激光模塊被燒壞，反之，如果太近，會可能導(dǎo)致兩個結(jié)果1)、激光晶體因?yàn)槿肷涞墓獍哌^小，功率密度過高導(dǎo)致被損傷；2)、只有部分放大激光模塊的激光晶體被利用，導(dǎo)致最終的輸出激光功率偏低。然后，按照同樣的方法測出二級放大激光模塊5后激光的束腰位置距離二級放大激光模塊5為210mm，然后再以束腰位置為參考，對稱放置三級放大激光模塊6。本實(shí)施例中振蕩腔最高功率為470W，加上一級放大激光模塊4后的激光功率為920w，加上二級放大激光模塊5后的激光功率為1443W，加上三級放大激光模塊6后功率為1901W，從結(jié)果可以看出，總功率基本上隨激光模塊數(shù)目線性增加，總體電光效率達(dá)到17%。光束質(zhì)量參數(shù)積 BPP < 16_rad，能順利的藕合入芯徑為200um的光纖里面。在第二個實(shí)施例中，各元件的位置及結(jié)構(gòu)與第一個實(shí)施例基本相同，只是將晶體尺寸換位Φ4πιπιΧ 125mm，輸出耦合鏡透過率為20%，激光振蕩模塊2距離兩腔鏡為200mm， 一級放大激光模塊4距離輸出耦合鏡3為200mm，二級放大激光模塊5距離一級放大激光模塊4為400mm，三級放大激光模塊6距離二級放大激光模塊5為400mm，各個激光模塊后的功率依次為310W、610W、920W和1200W，總體電光效率約15 %，光束質(zhì)量參數(shù)積BPP < 8_rad，能順利的藕合入芯徑為IOOum的光纖里面。以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、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1.一種單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，該全固態(tài)激光器包括反射鏡、 輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊，其中反射鏡與輸出耦合鏡構(gòu)成激光振蕩腔，反射鏡位于該激光振蕩腔的左端，輸出耦合鏡位于該激光振蕩腔的右端；一個激光模塊位于該激光振蕩腔內(nèi)作為激光振蕩模塊，該激光振蕩模塊距離反射鏡與輸出耦合鏡的距離相等；另外三個激光模塊依次位于輸出耦合鏡之外，分別作為一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述反射鏡是一個全反射鏡，所述輸出耦合鏡是一個部分透過鏡，二者皆為平面鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述反射鏡、輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊光學(xué)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊均用于放大，三者連線的中點(diǎn)處于激光的束腰位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述激光振蕩腔內(nèi)的激光振蕩模塊，其數(shù)量不限于只有一個，但最多不超過兩個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述激光模塊采用的激光晶體為圓棒狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，其特征在于，所述激光振蕩腔具有兩臂長，且該兩臂長的長度相等。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，包括反射鏡、輸出耦合鏡以及四個相同規(guī)格的激光模塊，其中反射鏡與輸出耦合鏡構(gòu)成激光振蕩腔，反射鏡位于該激光振蕩腔的左端，輸出耦合鏡位于該激光振蕩腔的右端；一個激光模塊位于該激光振蕩腔內(nèi)作為激光振蕩模塊，該激光振蕩模塊距離反射鏡與輸出耦合鏡的距離相等；另外三個激光模塊依次位于輸出耦合鏡之外，分別作為一級放大激光模塊、二級放大激光模塊和三級放大激光模塊。本實(shí)用新型提供的單振蕩加三級放大的全固態(tài)激光器，能夠保持較高的總體效率，較好的光束質(zhì)量，對激光模塊的一致性要求降低，同時裝調(diào)簡單、穩(wěn)定可靠。
文檔編號H01S3/16GK201985429SQ20112011386
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者侯瑋, 劉永剛, 李晉閩, 李瑞賢, 林學(xué)春, 王寶華 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所