高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，該裝置的激光介質為長≥寬>高的板條狀；第一腔鏡和第二腔鏡均為平面鏡，其分別與所述激光介質的兩個長×高面相對應放置；第一腔鏡的截面為梯形，其面積較小的上底面對應于所述激光介質，其面積較大的下底面對應于第一泵浦源，第一泵浦源所產(chǎn)生的泵浦光透過第一腔鏡照射至激光介質；種子激光經(jīng)所述第一腔鏡的斜側面反射后注入激光介質并通過，然后由第二腔鏡反射后再次注入激光介質，如此在第一腔鏡和第二腔鏡之間來回多次反射且多次通過激光介質后，由第一腔鏡的另一斜側面反射導出；該裝置將腔鏡與種子激光注入/導出反射鏡結合在一起，具有高效率、結構簡單、緊湊、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。
【專利說明】高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及全固態(tài)激光領域，尤其涉及一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝直。

【背景技術】
[0002]由激光二極管(LD)泵浦的全固態(tài)激光器(DPL)由于其轉換效率高、結構緊湊、系統(tǒng)穩(wěn)定、使用壽命長以及維護方便等優(yōu)點得到了廣泛的應用。其中，基于主振蕩級-功率放大級(MOPA)的全固態(tài)激光器由于結合了激光振蕩器與激光放大器的優(yōu)勢，是實現(xiàn)同時具備高功率和高光束質量激光輸出的一種重要方式。相比于激光放大器傳統(tǒng)使用的棒狀激光介質，板條狀激光介質由于其寬度與厚度之比大，其優(yōu)良的散熱性能可以有效降低熱透鏡和熱致雙折射效應，在保證高光束質量的前提下可以獲得更高的輸出功率。按照激光在激光介質中傳播的方式，板條激光放大器可以分為兩種:
[0003]第一種如圖1所示:板條型的激光介質(I)的兩個端面切布儒斯特斜角，如圖示它的截面為平行四邊形，泵浦源(4)所產(chǎn)生的泵浦光束(5)對準激光介質(I)的圖示上方大面進行泵浦，其下方有一腔鏡(3 )用于反射未被激光介質(I)吸收的泵浦光束(5 )至激光介質
(I)實現(xiàn)再次泵浦，種子激光源(2)所產(chǎn)生的種子激光從端面斜角注入激光介質(I)后在板型的厚度方向以“之”字型傳輸，實現(xiàn)激光放大；這種情況下，布儒斯特角帶來的像差會降低激光的光束質量，激光介質上下兩個大面由于高度平行形成平平諧振腔導致寄生振蕩比較嚴重，從而降低提取效率，另外這種激光介質對加工精度要求很高。
[0004]第二種如圖2所示:這種激光介質放大器采用端泵的方式，其中的第一腔鏡(3-01)和第二腔鏡(3-02)均為柱面鏡，第一腔鏡(3-01)和第二腔鏡(3-02)分別位于板條型激光介質(I)的兩側，種子激光源(2)所產(chǎn)生的種子激光通過兩個專門的反射鏡實現(xiàn)種子激光的注入與導出，藉此，該反射鏡的設置增加了該裝置的復雜性與調節(jié)難度，并且由于兩個反射鏡本身的空間限制，導致種子激光會以較大的入射角注入板條，這樣就使得種子激光在板條內折疊通過的次數(shù)較少，導致提取效率較低。
[0005]綜上，現(xiàn)有結構的板條激光放大器裝置雖然能夠實現(xiàn)高功率高光束質量的激光輸出，但是存在結構復雜、成本高的問題，且現(xiàn)有的結構限制了提取效率的進一步提高。


【發(fā)明內容】

[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發(fā)明專利的目的是為了現(xiàn)有的放大器裝置結構復雜、成本高，以及無法進一步提聞提取效率等技術問題。
[0008](二)技術方案
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，該裝置包括激光介質、第一腔鏡、第二腔鏡和第一泵浦源，其中:所述激光介質設置為長>寬 > 高的板條狀；所述第一腔鏡和第二腔鏡均為平面鏡，其位于所述激光介質的兩側，且分別與所述激光介質的兩個長X高面相對應；所述第一腔鏡的截面為梯形，其面積較小的上底面對應于所述激光介質，其面積較大的下底面對應于第一泵浦源，所述第一泵浦源所產(chǎn)生的泵浦光透過第一腔鏡照射至激光介質的長X高面；種子激光束經(jīng)所述第一腔鏡的斜側面反射至激光介質并通過激光介質后，經(jīng)第二腔鏡再次反射，如此該種子激光束在第一腔鏡和第二腔鏡之間來回多次反射且多次通過激光介質后，由第一腔鏡的另一斜側面反射導出。
[0010]優(yōu)選的，該裝置還包括第二泵浦源，所述第二泵浦源所產(chǎn)生的泵浦光透過第二腔鏡照射至激光介質的長X高面。
[0011]優(yōu)選的，所述激光介質的長X寬面設有冷卻裝置。
[0012]優(yōu)選的，所述激光介質的長X高面鍍有對種子激光高透射和對泵浦光高透射的膜。
[0013]優(yōu)選的，所述第一腔鏡的上底面鍍有對種子激光高反射、對泵浦光源高透射的膜，其下底面鍍有對泵浦光高透射的膜，其兩個斜側面鍍有對種子激光高反射的膜。
[0014]優(yōu)選的，所述第二腔鏡對應于激光介質的一面鍍有對種子激光高反射、對泵浦光源高透射的膜，其對應于第二泵浦源的一面鍍有對泵浦光源高透射的膜。
[0015]優(yōu)選的，所述第一腔鏡和第二腔鏡呈O度?5度夾角設置。
[0016]優(yōu)選的，所述第一泵浦源和第二泵浦源均包括激光二極管列陣和光束整形器件，輸出與所述激光介質的長X高面相適配的、截面為近矩形的泵浦光束。
[0017]優(yōu)選的，所述第一腔鏡的斜側面與下底面夾角設置為30度?50度。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明提供的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，既能實現(xiàn)高光束質量高功率激光放大，又能保證高提取效率；而且具有結構簡單、緊湊、穩(wěn)定性好等優(yōu)點；進一步的:
[0020]1、本發(fā)明中，不需要專門的反射鏡用于種子激光的注入與導出，降低了放大器的復雜性與調節(jié)難度，并提高了穩(wěn)定性；
[0021]2、本發(fā)明中，種子激光在第一腔鏡斜側面反射后，能直接以較小的角度注入板條激光介質，增加了其折疊通過板條激光介質的次數(shù)，提高了提取效率；
[0022]3、本發(fā)明中，不同于端面泵浦放大器中常用的與泵浦光和種子激光同時成45度角的腔鏡(其靠近激光介質一面鍍有對泵浦光45度高透射與種子激光45度高反射膜，另一面鍍有對泵浦光45度高透射膜)，而是采用泵浦光與種子激光都以接近O度入射的腔鏡，在現(xiàn)有鍍膜技術下，這種泵浦光耦合與種子激光反射的方式能最大程度減小泵浦光與種子激光功率損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是現(xiàn)有的一類板條激光放大器裝置結構示意圖；
[0024]圖2是現(xiàn)有的另一類板條激光放大器裝置結構示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的實施例1結構示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明的第一腔鏡斜側面局部放大示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明的實施例2結構示意圖；
[0028]圖6是本發(fā)明的實施例3結構示意圖；
[0029]圖7是本發(fā)明的實施例4結構示意圖；
[0030]其中:1、激光介質，2、種子激光源，3、腔鏡，3-01、第一腔鏡，3-02、第二腔鏡，4、泵浦源，4-01、第一泵浦源，4-02、第二泵浦源，5、泵浦光，6、反射鏡，7、冷卻裝置。

【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032]如圖3、4所示的實施例1，一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，該裝置包括激光介質1、第一腔鏡3-01、第二腔鏡3-02、第一泵浦源4-01和第二泵浦源4_02。
[0033]其中的激光介質I設置為長>寬 > 高的板條狀，所述板條激光介質I材料可以為摻雜某種離子的晶體、玻璃或陶瓷，具體包括Nd:YAG、NdiYVO4, Nd:GGG, Nd:YLF, Nd:YAP,Nd: S-FAP、Yb: YAG、Yb: YVO4、Yb: GGG、Yb: YLF、Yb: YAP、Yb: S-FAP 晶體，紅寶石，鈦寶石，摻 Nd離子陶瓷，摻Yb離子陶瓷，摻Nd離子玻璃，摻Yb離子玻璃等；本實施例的激光介質I選用Nd離子摻雜濃度為0.6at.%的Nd = YAG板條晶體，Nd = YAG同時具有優(yōu)良的激光性能、光學性能與機械性能，是性能極佳的激光晶體。
[0034]所述激光介質形狀為矩形薄板條結構，具體設置為長 > 寬 > 高的板條狀，本實施例設置為24mmX 12mmX2mm ;其中的兩個尺寸為12mmX2mm的端面做粗糙化處理以抑制寄生振蕩；兩個尺寸為24mmX2mm的端面經(jīng)光學拋光后鍍上808nm增透膜與1064nm增透膜，以實現(xiàn)對種子激光和泵浦光5良好的透射效果；兩個尺寸為24mmX 1mm的大面做粗糙化處理后安裝有冷卻裝置7，將冷卻裝置7設置在大面上冷卻面積大，冷卻效果好，更有效地降低熱透鏡和熱致雙折射效應，該冷卻裝置可以直接焊接在激光介質I上，也可以通過插入導熱片的方式固定在激光介質I上，冷卻裝置7中使用的冷卻介質可以是水或混合液等液體，也可以是空氣或氮氣或混合氣體等氣體。
[0035]第一腔鏡3-01優(yōu)選設置為24mmX8mmX6mm的平面鏡，第二腔鏡3-02設置為24mmX5mmX6mm的平面鏡，且都采用熔石英玻璃板制成；第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02位于激光介質I的兩側，且第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02分別與激光介質I的兩個24mmX 2mm面(即沿著寬度方向的兩個端面，也就是邊側面)相對應；第一腔鏡3_01的截面為梯形，其包括上底面、下底面、兩斜側面和兩直側面，上底面面積小于下底面面積，其中上底面對應于激光介質I的24mmX2mm面，下底面(即24mmX 6mm面)對應于第一泵浦源4-01 ；第二腔鏡3-02設置成圖示的矩形板結構，，圖中第二腔鏡3-02的一個24mmX6mm面對應于激光介質I的24mmX2mm面，另一個24mmX6mm面對應于第二泵浦源4-02。第一腔鏡3-01的截面可以是等腰梯形或者非等腰梯形，只要兩個斜側面的角度能夠滿足種子激光束的注入角度要求及所得到的放大后的激光束的輸出角度要求即可。
[0036]第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02的靠近板條晶體的一面(即24mmX6mm面)都鍍有808nm增透膜與1064nm高反膜，以增強對泵浦光高透射、對種子激光高反射的效果，靠近泵浦源的一面(即另一個24mmX6mm面)鍍有808nm增透膜，以增強對泵浦光高透射的效果；第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02分別平行于激光介質I的兩個24mmX2mm端面，即兩個腔鏡的夾角為O度，兩個腔鏡的間距為40mm，但此時由于形成一個平平諧振腔兩腔鏡間容易發(fā)生寄生振蕩，為抑制寄生振蕩，可將第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02設置為呈一定夾角以避免形成平平諧振腔，該夾角一般優(yōu)選設置為5度及以下，當角度大于5度時，則會導致種子激光注入板條的角度隨著在腔鏡間的反射迅速變大，最終會限制通過板條的次數(shù)，降低提取效率。
[0037]如圖4所示，第一腔鏡3-01的底角Θ，即斜側面與下底面的夾角，其一般優(yōu)選設置為30度?50度之間，小于30度時，種子激光注入板條的角度會較大，其通過板條的次數(shù)較少，提取效率較低，大于50度時,種子激光由于入射角過小難以注入板條；本實施例優(yōu)選設置為44.3度，且斜側面上鍍有1064nm高反膜，以增強對種子激光高反射的效果。
[0038]本實施例中，所用第一泵浦源4-01與第二泵浦源4-02均包括激光二極管列陣和光束整形器件，輸出波長為808nm的連續(xù)、近矩形泵浦光束，以與激光介質I的24_X2_面相適配，第一泵浦源4-01所產(chǎn)生的泵浦光5垂直入射至第一腔鏡3-01并透過第一腔鏡3-01后,照射至該側的激光介質I的24mmX 2mm面,第二泵浦源4_02所產(chǎn)生的泵浦光5垂直入射至第二腔鏡3-02并透過第二腔鏡3-02后，照射至另一側的激光介質I的24mmX 2mm面，進行雙端面泵浦。
[0039]種子激光源2發(fā)出波長為1064nm的種子激光束，該種子激光束以45.7度Θ角入射至第一腔鏡3-01的斜側面并反射后以1.4度從24_X2_面注入激光介質1，實現(xiàn)了小角度入射的目的，通過激光介質I后在第二腔鏡3-02再次反射，如此該種子激光束在第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02間反射22次并折疊通過板條晶體22次后輸出，并在泵浦作用下，得到放大后的激光束。
[0040]如圖5所示的實施例2，一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，該實施例是在實施例1的基礎上進行了進一步的改進，其與實施例1的區(qū)別僅在于:其一、板條激光介質I采用Nd離子摻雜濃度為Iat.%的Yb = YAG板條晶體；其二、泵浦方式由實施例1的雙端面泵浦改為單端泵浦，即只有泵浦源4對準板條激光的一個端面進行泵浦，即，該實施例中，省卻了第二泵浦源4-02，僅通過第一泵浦源4-01所產(chǎn)生的泵浦光5對激光介質I的對應側進行泵浦，而不是對兩個端面都進行泵浦，且泵浦激光波長為941nm ;其三、種子激光波長為1030nm ;第四、第一腔鏡3_01的底角Θ設置為45度，45度的加工工藝更加簡單，降低加工成本；第五、第一腔鏡與第二腔鏡其靠近激光介質的一面均鍍膜均改為對941nm高透射、1030nm高反射，其背面鍍膜改為對941nm高透射。第一腔鏡的斜側面鍍膜改為對1030nm高反射。
[0041]在具體實施時，種子激光束以46.4度角入射至第一腔鏡3-01的斜側面上，經(jīng)計算，其仍以1.4度的入射角入射至激光介質1，仍能實現(xiàn)小角度入射的目的。
[0042]如圖示，以1.4度入射至激光介質I的種子光源在單面泵浦的作用下，在第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02之間來回反射22次，并折疊透過激光介質22次后輸出，得到放大后的激光束。
[0043]如圖6所示的實施例3，一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，該實施例是在實施例1的基礎上進行了進一步的改進，其與實施例1的區(qū)別僅在于:其一、板條激光介質I采用Nd離子摻雜濃度為Iat.%的Nd = YAG陶瓷板條；其二、泵浦方式由實施例1的雙端面泵浦改為單端泵浦，即只有泵浦源4對準板條激光的一個端面進行泵浦，即，該實施例中，省卻了第二泵浦源4-02，僅通過第一泵浦源4-01所產(chǎn)生的泵浦光5對激光介質I的對應側進行泵浦，而不是對兩個端面都進行泵浦，且泵浦源改為準連續(xù)808nm半導體激光器；其三、第一腔鏡3-01的底角Θ設置為46.5度。
[0044]種子激光束以46.5度入射至第一腔鏡3-01的斜側面上，經(jīng)計算，種子激光束反射后以2.9度注入激光介質1，仍能實現(xiàn)較小角度入射的目的，該種子激光束在第一腔鏡3-01和第二腔鏡3-02之間反射10次并折疊通過激光介質10次后輸出，得到放大后的激光束。
[0045]如圖7所示的實施例4，一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，該實施例是在實施例3的基礎上進行了進一步的改進，其與實施例3的區(qū)別僅在于:其一、板條激光介質I采用Nd離子摻雜濃度為Iat.%的Nd = GGG晶體板條；其二、第一腔鏡與第二腔鏡其靠近激光介質的一面均鍍膜均改為對808nm高透射、1062nm高反射，其背面鍍膜改為對808nm高透射。第一腔鏡的斜側面鍍膜改為對1062nm高反射；其三、泵浦方式由實施例3的單端泵浦改為雙端泵浦，即第一泵浦源4-01與第二泵浦源4-02同時對準激光介質I相應的兩個端面進行泵浦；可以實現(xiàn)更大功率的泵浦，實現(xiàn)更高輸出功率。
[0046]綜上實施例可知，本發(fā)明的結構簡單、緊湊，能夠實現(xiàn)小角度入射的目的，進而能夠充分增加種子激光在激光介質I中的折疊次數(shù)，提高提取效率，且泵浦光5與種子激光都以小角度入射至腔鏡，在現(xiàn)有鍍膜技術下，這種泵浦光耦合與種子激光反射的方式能最大程度減小泵浦光與種子激光功率損失；本發(fā)明還可以通過對種子激光的入射角度進行調整，進而調整種子激光入射至激光介質I的入射角，調控簡單且精確；
[0047]最后應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應當涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于，該裝置包括激光介質、第一腔鏡、第二腔鏡和第一泵浦源，其中: 所述激光介質為長 > 寬 > 高的板條狀；所述第一腔鏡和第二腔鏡均為平面鏡，其位于所述激光介質的兩側，且分別與所述激光介質的兩個長X高面相對應放置；所述第一腔鏡的截面為梯形，其面積較小的上底面對應于所述激光介質，其面積較大的下底面對應于第一泵浦源，所述第一泵浦源所產(chǎn)生的泵浦光透過第一腔鏡照射至激光介質的長X高面； 種子激光束經(jīng)所述第一腔鏡的斜側面反射至激光介質并通過激光介質后，經(jīng)第二腔鏡再次反射，如此該種子激光束在第一腔鏡和第二腔鏡之間來回多次反射且多次通過激光介質后，由第一腔鏡的另一斜側面反射導出。
2.根據(jù)權利要求1所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:該裝置還包括第二泵浦源，所述第二泵浦源所產(chǎn)生的泵浦光透過第二腔鏡照射至激光介質的長X聞面。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述激光介質的長X寬面設有冷卻裝置。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述激光介質的長X高面鍍有對種子激光高透射和對泵浦光高透射的膜。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述第一腔鏡的上底面鍍有對種子激光高反射、對泵浦光源高透射的膜，其下底面鍍有對泵浦光高透射的膜，其兩個斜側面設有對種子激光高反射的膜。
6.據(jù)權利要求2所述的效緊湊的激光二極管端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述第二腔鏡對應于激光介質的一面鍍有對種子激光高反射、對泵浦光源高透射的膜，其對應于第二泵浦源的一面鍍有對泵浦光源高透射的膜。
7.據(jù)權利要求1或2所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述第一腔鏡和第二腔鏡呈O度?5度夾角設置。
8.據(jù)權利要求1或2所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述第一泵浦源和第二泵浦源均包括激光二極管列陣和光束整形器件，輸出所述激光介質的長X高面相適配的、截面為近矩形的泵浦光束。
9.據(jù)權利要求1或2所述的高效緊湊的端面泵浦板條激光放大器裝置，其特征在于:所述第一腔鏡的斜側面與下底面夾角設置為30度?50度。
【文檔編號】H01S3/08GK104051949SQ201310084527
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】薄勇, 鄭建奎, 宗楠, 李芳琴, 涂瑋, 彭欽軍, 許祖彥 申請人:中國科學院理化技術研究所