專利名稱：基于鍵合晶體的被動調(diào)q激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光器領(lǐng)域，特別涉及一種基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器。
背景技術(shù)：
由于Nd: YAG (釔鋁石榴石晶體)具有良好的物理特性和光學(xué)特性，且生長技術(shù)成熟，已經(jīng)成為了目前最常用的全固態(tài)激光晶體，其產(chǎn)生的1064nm激光尤其是調(diào)Q的1064nm激光被廣泛應(yīng)用于激光打標(biāo)、激光切割、紅外制導(dǎo)、生物醫(yī)學(xué)及激光變頻等領(lǐng)域。早在1968年，麥道宇航公司的Ross實(shí)現(xiàn)了第一臺用GaAs LD(867nm)泵浦的Nd:YAG激光器。而隨著技術(shù)的發(fā)展，全固態(tài)Nd: YAG激光器獲得了長足的發(fā)展。據(jù)報道，東芝公司報道了最高輸出功率達(dá)到11. 3kff的半導(dǎo)體激光器抽運(yùn)的全固態(tài)激光裝置。在能獲得大功率的連續(xù)1064nm
激光輸出后，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了如何實(shí)現(xiàn)高峰值功率的1064nm激光脈沖輸出問題上。目前，主要通過調(diào)Q技術(shù)來獲得能量巨大的激光巨脈沖，而主要的調(diào)Q技術(shù)包括機(jī)械調(diào)Q、聲光調(diào)Q、電光調(diào)Q、被動調(diào)Q等幾種方法，目前以聲光調(diào)Q技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用大功率側(cè)面泵浦系統(tǒng)配合聲光調(diào)Q開關(guān)可以輕易獲得上千瓦以上峰值功率的1064nm激光輸出，但需要在諧振腔內(nèi)添加Q開關(guān)，同時需要外部電源驅(qū)動Q開關(guān)，導(dǎo)致系統(tǒng)變得相對復(fù)雜，體積龐大，且諧振腔增長而使激光在高泵浦功率下運(yùn)行時，更容易受熱透鏡效應(yīng)影響而失穩(wěn)。另外，聲光Q開關(guān)價格昂貴，也限制了技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。而被動調(diào)Q技術(shù)雖然相對簡單，可以大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但由于可飽和吸收體一般為薄片結(jié)構(gòu)，無法進(jìn)行有效散熱，使之難以在高功率下運(yùn)行。目前多數(shù)被動調(diào)Q激光系統(tǒng)是采用低功率的端泵形式。另外，可飽和吸收體對基頻激光有較強(qiáng)的吸收，熱透鏡效應(yīng)也非常明顯，不利于激光的穩(wěn)定輸出。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、高平均功率以及高峰值功率的側(cè)面泵浦1064nm激光系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案本實(shí)用新型一種基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，包括諧振腔，所述諧振腔為直腔式結(jié)構(gòu)的諧振腔，所述諧振腔包括設(shè)置于前端的全反鏡、側(cè)面泵浦系統(tǒng)以及后端的耦合輸出鏡，所述全反鏡、側(cè)面泵浦系統(tǒng)以及耦合輸出鏡設(shè)置在同一軸線上，側(cè)面泵浦系統(tǒng)中置有鍵合晶體。優(yōu)選的，所述側(cè)面泵浦系統(tǒng)包括水冷系統(tǒng)，泵浦源、增益介質(zhì)以及可飽和吸收體。優(yōu)選的，所述全反鏡以及耦合輸出鏡可以是平面鏡、平凹鏡或者平凸鏡；所述全反鏡以及耦合輸出鏡也可以是通過鍵合晶體兩端分別鍍1064nm全反膜或者部分反射膜的全反鏡和I禹合輸出鏡。優(yōu)選的，所述泵浦源為激光二極管陣列，所述激光二極管陣列的激光二極管的輸出波長為808nm。[0010]優(yōu)選的，所述鍵合晶體是作為激光晶體的摻釹釔鋁石榴石晶體、作為可飽和吸收體對激光進(jìn)行調(diào)Q的摻鉻釔鋁石榴石晶體及降低整個晶體棒的熱效應(yīng)的非摻雜釔鋁石榴石晶體進(jìn)行熱鍵合而成的晶體組件。優(yōu)選的，所述的鍵合晶體的組合順序是摻釹釔鋁石榴石晶體與摻鉻釔鋁石榴石晶體的一端鍵合，摻鉻釔鋁石榴石晶體的另一端與非摻雜釔鋁石榴石晶體鍵合。優(yōu)選的，所述摻釹釔鋁石榴石晶體長度與側(cè)面泵浦系統(tǒng)的泵浦區(qū)域長度相當(dāng)，整根鍵合晶體棒長度與能被水冷的區(qū)域的長度相當(dāng)。本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果I、本實(shí)用新型采用Nd: YAG晶體(摻釹釔鋁石榴石晶體)、Cr4+: YAG晶體(摻鉻釔鋁石榴石)及不摻雜YAG晶體(非摻雜的釔鋁石榴石晶體)進(jìn)行熱鍵合而成的特殊晶體組件作為激光晶體及調(diào)Q晶體，并通過使用808nm半導(dǎo)體激光器(LD)側(cè)泵系統(tǒng)對其進(jìn)行泵浦而獲 得1064nm脈沖激光輸出。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型可大大簡化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，并能實(shí)現(xiàn)高平均功率及峰值功率的巨脈沖激光輸出，可廣泛應(yīng)用于激光加工、激光醫(yī)療、激光變頻及科學(xué)研究領(lǐng)域。2、本實(shí)用新型可將激光晶體、調(diào)Q晶體緊密地結(jié)合在一起，使整個諧振腔結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，同時鍵合在一起的晶體棒可在側(cè)泵系統(tǒng)自帶的水冷系統(tǒng)中同時進(jìn)行水冷，克服了以往的被動調(diào)Q系統(tǒng)中無法對可飽和吸收體進(jìn)行冷卻而不能在高泵浦功率下運(yùn)行的缺點(diǎn)。3、本實(shí)用新型在末端鍵合進(jìn)一段非摻雜的YAG晶體防止了溫度較高的C4+ = YAG晶體(因?yàn)榭娠柡臀阵w對1064nm激光有較大吸收)的端面暴露在空氣中而導(dǎo)致散熱不良使熱效應(yīng)增大。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。標(biāo)號說明1、全反鏡；2、側(cè)面泵浦系統(tǒng)；3、f禹合輸出鏡；4、Nd:YAG晶體；5、Cr4+:YAG晶體；6、非摻雜YAG晶體。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖I所示，一種基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，包括諧振腔2所述諧振腔2為直腔式結(jié)構(gòu)的諧振腔，所述諧振腔2包括設(shè)置于前端的全反鏡I、側(cè)面泵浦系統(tǒng)2以及后端的耦合輸出鏡3，所述全反鏡I、側(cè)面泵浦系統(tǒng)2以及后端耦合輸出鏡3設(shè)置在同一軸線上，側(cè)面泵浦系統(tǒng)2中置有鍵合晶體。所述側(cè)面泵浦系統(tǒng)2包括水冷系統(tǒng)、泵浦源、增益介質(zhì)及可飽和吸收體，要求以輸出波長為808nm的LD陣列為泵浦源，因?yàn)镹d:YAG晶體(摻釹釔招石槽石晶體)的吸收峰在808nm左右，通過泵浦源可使Nd = YAG晶體激發(fā)出1064nm的激光。所述鍵合晶體為將Nd = YAG晶體4、Cr4+:YAG晶體5 (摻鉻釔鋁石榴石晶體)及非摻雜YAG晶體6 (非摻雜的釔鋁石榴石)進(jìn)行熱鍵合而成的特殊晶體組件，其所述的鍵合晶體的組合順序是Nd = YAG晶體4與Cr4+ = YAG晶體5的一端鍵合，Cr4+ = YAG晶體5的另一端與非摻雜YAG晶體6鍵合。鍵合晶體中的Nd = YAG晶體4作為激光晶體，Cr4+ = YAG晶體5作為可飽和吸收體對激光進(jìn)行調(diào)Q，非摻雜YAG晶體6作用是降低整個晶體棒的熱效應(yīng)。通過此設(shè)計可將激光晶體、調(diào)Q晶體緊密地結(jié)合在一起，使整個諧振腔結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，同時鍵合在一起的晶體棒可在側(cè)泵系統(tǒng)自帶的水冷系統(tǒng)中同時進(jìn)行水冷，克服了以往的被動調(diào)Q系統(tǒng)中無法對可飽和吸收體進(jìn)行冷卻而不能在高泵浦功率下運(yùn)行的缺點(diǎn)。另外，末端鍵合進(jìn)一段非摻雜的YAG晶體防止了溫 度較高的C4+ = YAG晶體(因?yàn)榭娠柡臀阵w對1064nm激光有較大吸收)的端面暴露在空氣中而導(dǎo)致散熱不良使熱效應(yīng)增大。所述技術(shù)方案中采用的鍵合晶體其Nd = YAG晶體4長度應(yīng)該與側(cè)面泵浦系統(tǒng)LD的泵浦區(qū)域長度相當(dāng)，整根鍵合晶體棒長度應(yīng)該與能被水冷的區(qū)域的長度相當(dāng)。這保證了可飽和吸收體Cr4+: YAG不受808nm的泵浦光影響，又能保證整根鍵合晶體能夠利用水冷系統(tǒng)進(jìn)行降溫。系統(tǒng)在泵浦源開啟后摻釹激光晶體中釹離子吸收泵浦光其內(nèi)部的激活離子(Nd3+)粒子形成反轉(zhuǎn)分布，但由于可飽和吸收體的存在，對受激輻射的1064nm的光波有較大吸收，使得激光的產(chǎn)生閾值非常高，反轉(zhuǎn)粒子得以不斷積累，直到輻射增大，可飽和吸收體對1064nm的光波將變?yōu)橥该鳎捎陂撝档暮鋈唤档?，大量反轉(zhuǎn)粒子瞬間返回基態(tài)產(chǎn)生激光巨脈沖。為了獲得脈寬較窄，峰值功率較高的脈沖激光輸出，要求整個直腔結(jié)構(gòu)盡量緊湊，腔長盡量短，同時可以通過改變耦合輸出鏡對1064nm激光的透過率及可飽和吸收體Cr4+:YAG對1064nm光波的初始透過率來實(shí)現(xiàn)最佳輸出。為了更好的實(shí)施本被動調(diào)Q激光器，其中全反鏡I采用直徑為20mm的平面鏡，鏡面上鍍高反1064nm光波的膜。側(cè)面泵浦系統(tǒng)2采用北京吉泰實(shí)業(yè)科技有限公司型號為GTPC-75S的側(cè)泵模塊，并配有型號為GTPC2425的泵浦電源及水冷機(jī)一臺。使用總長度為65mm，直徑為3mm的鍵合晶體棒代替?zhèn)缺媚K中原本的Nd = YAG晶體棒，鍵合晶體中的NdiYAG晶體4的長度為61mm，Cr4+ = YAG晶體5的長度2mm，不摻雜YAG晶體6的長度為2mm。其中，Cr4+ = YAG晶體對1064nm光波的初始透過率為80%。耦合輸出鏡3采用直徑為20mm的平面鏡，其對1064nm的透過率為20%?？偳婚L(從全反鏡I到耦合輸出鏡3的距離)為90mm。按上述結(jié)構(gòu)搭建激光系統(tǒng)，并采用氦氖激光器對各部件進(jìn)行光路調(diào)整，使所有部件均處于同一軸線上。然后打開水冷機(jī)，設(shè)定水冷溫度為22° C，開啟側(cè)面泵浦系統(tǒng)的電源，調(diào)節(jié)泵浦功率，在達(dá)到閾值后便會產(chǎn)生激光脈沖序列輸出。隨著泵浦功率的升高，其輸出的激光脈沖序列的重復(fù)頻率也將越來越高，平均功率也隨之升高，而激光脈沖的寬度則只會發(fā)生微弱變化。在泵浦功率調(diào)節(jié)到最高時，能夠獲得平均功率達(dá)到54W以上的激光脈沖序列輸出，整個系統(tǒng)熱透鏡效應(yīng)不明顯，功率穩(wěn)定性高于3%，光斑質(zhì)量好，M平方因子為
I.87。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，包括諧振腔，其特征在于，所述諧振腔為直腔式結(jié)構(gòu)的諧振腔，所述諧振腔包括設(shè)置于前端的全反鏡、側(cè)面泵浦系統(tǒng)以及后端的耦合輸出鏡，所述全反鏡、側(cè)面泵浦系統(tǒng)以及耦合輸出鏡設(shè)置在同一軸線上，側(cè)面泵浦系統(tǒng)中置有鍵合晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述側(cè)面泵浦系統(tǒng)包括水冷系統(tǒng)、泵浦源、增益介質(zhì)以及可飽和吸收體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述全反鏡以及耦合輸出鏡是平面鏡、平凹鏡或平凸鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述全反鏡以及耦合輸出鏡是通過鍵合晶體兩端分別鍍?nèi)茨せ蛘卟糠址瓷淠さ娜寸R和耦合輸出鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所屬的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述泵浦源為激光二極管陣列，所述激光二極管陣列中的激光二極管的輸出波長為808nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所屬的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述鍵合晶體是作為激光晶體的摻釹釔鋁石榴石晶體、作為可飽和吸收體對激光進(jìn)行調(diào)Q的摻鉻釔鋁石榴石晶體及降低整個晶體棒的熱效應(yīng)的非摻雜釔鋁石榴石晶體進(jìn)行熱鍵合而成的晶體組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述的鍵合晶體的組合順序是摻釹釔鋁石榴石晶體與摻鉻釔鋁石榴石晶體的一端鍵合，摻鉻釔鋁石榴石晶體的另一端與非摻雜釔鋁石榴石晶體鍵合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，其特征在于，所述摻釹釔鋁石榴石晶體長度與側(cè)面泵浦系統(tǒng)的泵浦區(qū)域長度相當(dāng)，整根鍵合晶體棒長度與能被水冷的區(qū)域的長度相當(dāng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于鍵合晶體的被動調(diào)Q激光器，包括諧振腔，置于諧振腔內(nèi)的鍵合晶體，所述諧振腔為直腔式結(jié)構(gòu)的諧振腔，所述諧振腔包括設(shè)置與前端的全反鏡、側(cè)面泵浦系統(tǒng)以及后端的耦合輸出鏡，所述全反鏡、側(cè)面泵浦系統(tǒng)以及后端耦合輸出鏡設(shè)置在同一軸線上。本實(shí)用新型采用Nd:YAG晶體、Cr4+:YAG晶體及不摻雜YAG晶體進(jìn)行熱鍵合而成的特殊晶體組件作為激光晶體及調(diào)Q晶體，并通過使用808nm半導(dǎo)體激光器側(cè)泵系統(tǒng)對其進(jìn)行泵浦而獲得1064nm脈沖激光輸出。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，采用上述技術(shù)方案可大大簡化其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，并能實(shí)現(xiàn)高平均功率及峰值功率的巨脈沖激光輸出，可廣泛應(yīng)用于激光加工、激光醫(yī)療、激光變頻及科學(xué)研究領(lǐng)域。
文檔編號H01S3/042GK202695968SQ20122022085
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者朱思祁, 陳振強(qiáng), 王蘇娥, 江煒, 陳在俊, 張俊, 王春浩 申請人:暨南大學(xué)