兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，依次包括：置于恒溫模塊內(nèi)布局的二極管激光器、泵浦耦合透鏡組、全反鏡腔膜、激光介質(zhì)和被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+:YAG、輸出腔鏡和恒溫模塊。全反鏡腔膜（3）和1030nm輸出腔鏡（7）構(gòu)成1030nm光學(xué)諧振腔，二極管激光器（1）泵浦光源發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過(guò)耦合透鏡組（2）入射到激光介質(zhì)（8）內(nèi)，當(dāng)泵浦光超過(guò)閾值，通過(guò)被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+:YAG（9）形成1030nm脈沖激光輸出，未被激光介質(zhì)（8）完全吸收的剩余泵浦光經(jīng)激光介質(zhì)（8）右端面的940nm全反膜反射回激光介質(zhì)。本發(fā)明形成的1030nm脈沖激光輸出，通過(guò)Cr4+:YAG被動(dòng)調(diào)Q輸出峰值功率可達(dá)兆瓦級(jí)。
【專利說(shuō)明】兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種兆瓦級(jí)高峰值功率二極管端面泵浦微型固體激光器。
[0002]【背景技術(shù)】
高峰值功率二極管端面泵浦被動(dòng)調(diào)Q微型固體激光器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型分支，擬用于高壓混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，也可用于微型激光測(cè)距機(jī)、激光引信光源、高功率激光器的種籽光源，在民用及軍用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。激光器是激光增益介質(zhì)(工作物質(zhì))置于激光諧振腔內(nèi)(一個(gè)全反鏡和一個(gè)半反鏡構(gòu)成激光諧振腔)，激光諧振腔提供光學(xué)反饋能力，使受激輻射光子在腔內(nèi)多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩，對(duì)于一個(gè)激光器當(dāng)泵浦光達(dá)到一定值時(shí)開(kāi)始輸出激光，此時(shí)稱為閾值。通常的二極管端面泵浦微型固體激光器是采用連續(xù)(CW) 二極管泵浦源，峰值功率較低(一般為幾kW?幾十kW)，日本分子科學(xué)研究所激光中心的Nicolaie等采用準(zhǔn)連續(xù)(QCW) 二極管泵浦Nd:YAG被動(dòng)調(diào)Q 微型激光器峰值功率達(dá)兆瓦級(jí)。(Nicolaie Pavel, Masaki Tsunekane and TakunoriTaira “All-Poly-Crystalline Ceramics Nd:YAG/Cr4+:YAG Monolithic Micro-Laserswith Multiple-Beam Output，，,Laser Systems for Applications,P66)。在固體激光器應(yīng)用中，往往要求在較寬的溫度范圍內(nèi)能正常工作。由于激光二極管波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生漂移(0.3nm/°C)，而激光增益介質(zhì)吸收帶寬有限(Nd:YAG其吸收帶寬約為3nm)，二極管泵浦固體激光器其泵浦源——激光二極管(簡(jiǎn)稱LD)發(fā)射的光譜寬度較窄，在溫度變化較大時(shí)可能影響激光二極管發(fā)射波長(zhǎng)與增益介質(zhì)吸收帶之間的匹配，降低激光器輸出，嚴(yán)重時(shí)甚至造成不出光的后果。為解決此問(wèn)題現(xiàn)有技術(shù)通常采用TEC致冷器或液冷對(duì)激光二極管進(jìn)行溫控，通過(guò)穩(wěn)定激光二極管波長(zhǎng)來(lái)保證二極管泵浦固體激光器正常工作。本發(fā)明通過(guò)選用具有較寬吸收帶寬的Yb:YAG激光介質(zhì)來(lái)降低對(duì)于溫控的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用溫度范圍寬、可在寬溫度范圍工作的兆瓦級(jí)高峰值功率二極管端面泵浦被動(dòng)調(diào)Q微型固體激光器。
[0004]本發(fā)明目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，依次包括:置于恒溫模塊內(nèi)布局的二極管激光器、泵浦耦合透鏡組、全反鏡腔膜、激光介質(zhì)和被動(dòng)調(diào)Q晶體、輸出腔鏡和恒溫模塊，其特征在于:全反鏡腔膜3和1030nm輸出腔鏡7構(gòu)成1030nm光學(xué)諧振腔，二極管激光器1泵浦光源發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過(guò)耦合透鏡組2入射到激光介質(zhì)8內(nèi)，當(dāng)泵浦光超過(guò)閾值,通過(guò)被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+: YAG9形成1030nm脈沖激光輸出，未被激光介質(zhì)8完全吸收的剩余泵浦光經(jīng)激光介質(zhì)8右端面的940nm全反膜反射回激光介質(zhì)。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0006]本發(fā)明采用光纖耦合輸出峰值功率120W的940nmQCW 二極管激光器作為泵浦源，通過(guò)光纖輸出的940nm泵浦光經(jīng)耦合透鏡組入射到激光介質(zhì)Yb: YAG (摻雜Yb5at.%)內(nèi)，未被激光介質(zhì)完全吸收的剩余泵浦光經(jīng)激光介質(zhì)右端面的940nm全反膜反射回到激光介質(zhì)以增大介質(zhì)吸收，提高轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)泵浦光超過(guò)閾值后，形成1030nm脈沖激光輸出，通過(guò)Cr4+:YAG被動(dòng)調(diào)Q輸出峰值功率可達(dá)兆瓦級(jí)。
[0007]本發(fā)明采用的摻鉻釔鋁石榴石(Cr4+:YAG)是一種性能極佳的用于釹釔鋁石榴石、摻釹YLF、摻釹fL酸釔和其它波長(zhǎng)在0.8到1.2 μ m的摻釹或摻鐿激光器的被動(dòng)調(diào)Q開(kāi)關(guān)的晶體。通過(guò)被動(dòng)調(diào)Q開(kāi)關(guān)或飽和吸收體在無(wú)需電光開(kāi)關(guān)的情況下能得到充足的激光脈沖，因此減小了尺寸，排除了供給高壓能量的需要。它將在被動(dòng)調(diào)Q開(kāi)關(guān)領(lǐng)域取代通常使用的LiF和染料而成為lum摻Nd激光器的優(yōu)良選擇。Cr4+:YAG晶體化學(xué)性能可靠穩(wěn)定、易操作、損傷閾值高、作為高能固態(tài)被動(dòng)調(diào)Q —開(kāi)關(guān)使用壽命長(zhǎng)，熱導(dǎo)好。
[0008]通過(guò)圖2所示吸收譜顯示，選用的Yb:YAG(摻雜Yb5at.%)作為激光介質(zhì)，吸收帶寬達(dá)18nm，而Nd: YAG (摻雜Ndl.lat.%)其吸收帶寬約為3nm，Yb: YAG激光器較之Nd: YAG激光器在不采取溫控措施的情況下或在不太精密的溫控條件下，可在更寬的溫度范圍內(nèi)正常工作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明兆瓦級(jí)高峰值功率二極管端面泵浦微型固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是Nd: YAG和Yb: YAG吸收譜的溫度變化曲線。
[0011]圖中:1 二極管激光器，2泵浦耦合透鏡組，3全反鏡腔膜，4Yb: YAG右端面鍍?cè)鐾父叻茨ぃ?Cr4+:YAG左端面鍍1030nm增透膜、6Cr4+: YAG右端面鍍1030nm增透膜，71030nm輸出腔鏡，8激光介質(zhì)，9被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+: YAG，10恒溫模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在以下描述的實(shí)施例中，兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，依次包括:置于恒溫模塊內(nèi)布局的二極管激光器1、泵浦耦合透鏡組2、全反鏡腔膜3、1030nm輸出腔鏡7、激光介質(zhì)8和被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+: YAG9，恒溫模塊10。其中，兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器是功率二極管端面泵浦被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+: YAG微型固體激光器；全反鏡腔膜3是激光介質(zhì)Yb: YAG入射端面鍍1030nm高反940nm增透膜；4Yb: YAG右端面鍍?cè)鐾父叻茨?是激光介質(zhì)Yb: YAG另一端面鍍1030nm增透940nm高反膜；Cr4+: YAG左端面鍍1030nm增透膜5、Cr4+: YAG右端面鍍1030nm增透膜6是Cr4+: YAG兩端面鍍1030nm增透膜。輸出腔鏡7是1030nm反射率為75%、50%的平鏡或是1030nm反射率為50%的凹面鏡；激光介質(zhì)8為激光介質(zhì)Yb:YAG。1030nm高反全膜3和輸出腔鏡7構(gòu)成光學(xué)諧振腔。二極管激光器1作為泵浦源，泵浦光源發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過(guò)耦合透鏡組2，從激光介質(zhì)入射端面的全反鏡腔膜3入射到激光介質(zhì)8內(nèi)(激光介質(zhì)Yb:YAG (摻雜Yb5at.%),當(dāng)泵浦光超過(guò)閾值，形成1030nm脈沖激光輸出，未被激光介質(zhì)8完全吸收的剩余泵浦光經(jīng)激光介質(zhì)8右端面的940nm全反膜反射回激光介質(zhì)8。
[0013]圖2表明了 Nd:YAG和Yb:YAG的吸收譜Yb:YAG寬與泵浦光更易匹配，受溫度變化影響小。
【權(quán)利要求】
1.一種兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，依次包括:置于恒溫模塊內(nèi)布局的二極管激光器、泵浦耦合透鏡組、全反鏡腔膜、激光介質(zhì)和被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+:YAG、輸出腔鏡和恒溫模塊，其特征在于:全反鏡腔膜(3)和1030nm輸出腔鏡(7)構(gòu)成1030nm光學(xué)諧振腔，二極管激光器(1)泵浦光源發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過(guò)耦合透鏡組(2 )入射到激光介質(zhì)(8 )內(nèi)，當(dāng)泵浦光超過(guò)閾值，通過(guò)被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+:YAG (9)形成1030nm脈沖激光輸出，未被激光介質(zhì)(8)完全吸收的剩余泵浦光經(jīng)激光介質(zhì)(8)右端面的940nm全反膜反射回激光介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，其特征在于:兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器是功率二極管端面泵浦被動(dòng)調(diào)Q晶體Cr4+: YAG微型固體激光器；如權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，其特征在于:全反鏡腔膜(3)是激光介質(zhì)Yb:YAG入射端面鍍1030nm高反940nm增透膜；如權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，其特征在于:輸出腔鏡(7)是1030nm反射率為75%、50%的平鏡或是1030nm反射率為50%的凹面鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的兆瓦級(jí)峰值功率固體激光器，其特征在于:激光介質(zhì)(8)為激光介質(zhì)Yb:YAG、1030nm高反全膜(3)和輸出腔鏡(7)構(gòu)成光學(xué)諧振腔。
【文檔編號(hào)】H01S3/11GK103682968SQ201310664804
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】金鋒, 陳仁, 馬利國(guó) 申請(qǐng)人:西南技術(shù)物理研究所