一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置制造方法
【專利摘要】一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，包括激光介質(zhì)、第一腔鏡、第二腔鏡、泵浦源和種子激光源；所述激光介質(zhì)為長≥寬＞高的板條狀，第一腔鏡和第二腔鏡位于激光介質(zhì)的兩側(cè)，在水平方向構(gòu)成正支共焦非穩(wěn)諧振腔；泵浦光透過第一腔鏡照射至激光介質(zhì)的長×高面；種子激光束經(jīng)第二腔鏡的斜側(cè)面反射至激光介質(zhì)并通過激光介質(zhì)后，經(jīng)第一腔鏡反射準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的光束經(jīng)過激光介質(zhì)后經(jīng)第二腔鏡反射擴(kuò)束，激光束來回多次反射且多次通過激光介質(zhì)后，由第二腔鏡的另一斜側(cè)面耦合輸出平行光束；該板條激光放大裝置在克服傳統(tǒng)Innoslab放大器的裝置復(fù)雜、調(diào)節(jié)難度大的缺點(diǎn)的同時(shí)保證了放大激光的光束質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高效率、高功率、高光束質(zhì)量的激光放大。
【專利說明】一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光放大【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及固體激光放大器，特別是一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]板條放大器是常見的固體激光功率放大器之一，由于其板條狀的幾何結(jié)構(gòu)可以消除應(yīng)力感生雙折射，同時(shí)可采用面抽運(yùn)和冷卻方式，對(duì)熱效應(yīng)進(jìn)行自補(bǔ)償，從而得到更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率，因此板條放大器成為激光放大技術(shù)研宄的熱點(diǎn)之一。
[0003]板條放大器目前主要有Z形板條放大器與部分端面泵浦板條放大器兩種。其中，Z形板條放大器由美國通用電氣公司的Martin和Chernoch于1972年的報(bào)道中提出，展示了其大幅度減小熱感應(yīng)光學(xué)畸變、改進(jìn)激光性能的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。板條激光介質(zhì)在均勻泵浦、大面冷卻時(shí)，由于大面垂直方向存在溫度梯度，為此通常把板條的兩個(gè)端面切成布儒斯特角，并將上下兩個(gè)大面拋光，入射種子激光整形為條形并與板條放大器的通光孔徑相匹配，種子光入射板條后在兩個(gè)大面上通過全內(nèi)反射以Z形光路往復(fù)傳輸，則激光在Z向的溫度梯度相互補(bǔ)償，從而有效消除一階熱透鏡效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高功率激光放大。但是這種情況下，布儒斯特角帶來的像差會(huì)降低激光的光束質(zhì)量，激光介質(zhì)上下兩個(gè)大面由于高度平行形成平平諧振腔導(dǎo)致寄生振蕩比較嚴(yán)重，從而降低了提取效率。此外，這種激光介質(zhì)對(duì)加工的精度要求也很高。
[0004]另一種部分端面泵浦板條放大器由德國夫瑯和費(fèi)激光所的杜可明等人在1988年提出，被稱為Innoslab放大器。這種激光器在緊湊的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大功率、高光束質(zhì)量的激光振蕩輸出，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。部分端面泵浦是指泵浦光被整形成一條橫截面為長方形的細(xì)線入射至晶體端面，與傳統(tǒng)板條激光器相比，泵浦光只泵浦了晶體的一部分，在晶體中央構(gòu)成了薄片狀的增益層并與激光模體積匹配。同時(shí)，入射種子激光整形為小口徑光束，通過Z形光路沿板條大面平行方向多次往返直接通過板條介質(zhì)，種子激光光束口徑小、功率密度高、且多程往返放大，因此可實(shí)現(xiàn)高功率激光放大。不過，該結(jié)構(gòu)反射鏡繁多，增加了該裝置的調(diào)節(jié)難度且降低了裝置的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)Innoslab放大器裝置復(fù)雜性和調(diào)節(jié)難度的同時(shí)保證放大激光的光束質(zhì)量，提供一種高效率、高功率、高光束質(zhì)量的板條激光放大裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，包括激光介質(zhì)、泵浦源、輸出泵浦光、種子激光源，輸出種子激光束；第一腔鏡和第二腔鏡，二者分別位于所述激光介質(zhì)的兩側(cè)構(gòu)成混合腔；
[0008]其特征在于:
[0009]所述激光介質(zhì)設(shè)置為長多寬 > 高的板條狀，以所述激光介質(zhì)長X寬面為水平面；第一腔鏡在平行水平面方向?yàn)槠桨纪哥R；第二腔鏡為平凸柱透鏡，其柱面母線垂直于所述水平面，第二腔鏡在平行水平面方向?yàn)槠酵雇哥R；二腔鏡各自的凹凸面均朝向所述激光介質(zhì)；對(duì)第二腔鏡凸面兩端垂直于所述水平面的棱分別做倒角處理，形成兩個(gè)斜側(cè)柱面；
[0010]所述泵浦光透過第一腔鏡照射至激光介質(zhì)的長X高面；種子激光束經(jīng)第二腔鏡的斜側(cè)面反射至激光介質(zhì)并通過激光介質(zhì)后，經(jīng)第一腔鏡反射準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的光束再次通過激光介質(zhì)后經(jīng)第二腔鏡反射擴(kuò)束，種子激光束在第一腔鏡和第二腔鏡之間多次反射并通過激光介質(zhì)后，在第二腔鏡的另一斜側(cè)面耦合出射。以不同角度入射，種子激光束可在激光介質(zhì)中通過不同的次數(shù)，從而可根據(jù)實(shí)際需求在激光介質(zhì)的損傷閾值內(nèi)得到不同功率的高光束質(zhì)量的激光輸出。
[0011]優(yōu)選的，所述激光介質(zhì)的長X寬面設(shè)有冷卻裝置。將冷卻裝置設(shè)置在激光介質(zhì)大面上可提供更好的冷卻效果，有效的降低熱透鏡和熱致雙折射效應(yīng)；冷卻裝置采用紫銅或其他高導(dǎo)熱系數(shù)材料制作，可以直接焊接在激光介質(zhì)上，也可以通過插入導(dǎo)熱片的方式固定在激光介質(zhì)上；冷卻裝置中使用的冷卻介質(zhì)可以是水或混合液等液體，也可以是空氣或氮?dú)饣蚧旌蠚怏w等氣體。
[0012]優(yōu)選的，所述激光介質(zhì)的長X高面鍍有對(duì)所述種子激光束和所述泵浦光均高透射的膜。也可在兩個(gè)寬X高端面做粗糙化處理以抑制寄生振蕩。
[0013]優(yōu)選的，所述激光介質(zhì)材料為紅寶石、鈦寶石或摻雜釹(Nd)或鐿(Yb)離子的晶體、陶瓷或玻璃。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述摻雜釹(Nd)離子的晶體為摻釹紀(jì)銷石植石(Nd:YAG)、摻釹銀酸釔(NchYVO4)、摻釹釓鎵石榴石(Nd = GGG)、摻釹氟化釔鋰(Nd:YLF)、摻釹鋁酸釔(Nd = YAP)或摻釹氟磷酸鍶(Nd = S-FAP);所述摻雜鐿(Yb)離子的晶體為摻鐿釔鋁石榴石(Yb:YAG)、摻鐿釩酸釔(Yb:YVO4)、摻鐿釓鎵石榴石(Yb = GGG)、摻鐿氟化釔鋰(Yb = YLF)、摻鐿鋁酸釔(YbiYAP)或摻鐿氟磷酸鍶(Yb:S-FAP)。
[0015]優(yōu)選的，所述泵浦源包括激光二極管列陣和光束整形器件，泵浦光截面近似矩形，與所述激光介質(zhì)的長X高面相適配。
[0016]優(yōu)選的，所述第一腔鏡的凹面鍍有對(duì)種子激光束高反射、對(duì)泵浦光高透射的膜，其平面鍍有對(duì)泵浦光高透射的膜。
[0017]優(yōu)選的，所述第二腔鏡的凸面鍍有對(duì)種子激光束高反射、對(duì)泵浦光高透射的膜，其兩個(gè)所述斜側(cè)柱面均鍍有對(duì)種子激光束高反射的膜。
[0018]優(yōu)選的，所述混合腔在平行所述水平面方向?yàn)檎Ч步狗欠€(wěn)腔，所述第一腔鏡的焦點(diǎn)和第二腔鏡的焦點(diǎn)重合，第一腔鏡的焦距等于第二腔鏡的焦距與正支共焦非穩(wěn)腔的腔長之和。
[0019]所述混合腔在平行所述激光介質(zhì)寬X高面方向?yàn)槠桨挤€(wěn)定腔或平平腔，對(duì)應(yīng)的第一腔鏡分別采用平凹圓透鏡和平凹柱透鏡，所述平凹柱透鏡柱面母線垂直于所述水平面。
[0020]本發(fā)明技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0021]1.本發(fā)明中，對(duì)腔鏡進(jìn)行倒角處理，減少了反射鏡的使用數(shù)量，使得結(jié)構(gòu)簡單緊湊，降低了裝置的復(fù)雜性和調(diào)節(jié)難度，并且提高了穩(wěn)定性；
[0022]2.本發(fā)明中，在減少反射鏡使用量的同時(shí)采用正支共焦非穩(wěn)腔的設(shè)計(jì)，使得單端耦合輸出平行光束，減少準(zhǔn)直透鏡的同時(shí)保證了輸出激光的光束質(zhì)量；
[0023]3.本發(fā)明中，入射出射光與泵浦光大致垂直，保證結(jié)構(gòu)簡單緊湊的同時(shí)使得器件布局更加合理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)Z形板條放大器裝置的典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為現(xiàn)有技術(shù)Innoslab板條放大器裝置的典型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例板條激光放大裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]其中:
[0028]1.激光介質(zhì);2.第一腔鏡;3.第二腔鏡;4.泵浦源;5.泵浦光;6.冷卻裝置;7.種子激光源；8.種子激光束；9.反射鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，以便更好地理解本發(fā)明。
[0030]如圖3所示為本發(fā)明的一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，包括:
[0031]激光介質(zhì)I選用Nd離子摻雜濃度為0.3at.%、尺寸為14mm X 1mmX Imm的Nd: YVO4板條晶體，因釩酸釔是自然雙折射晶體，輸出激光為線編振光，偏振輸出可以避免熱致雙折射的產(chǎn)生，從而減少熱對(duì)功率及光束質(zhì)量的影響。兩個(gè)10_x Imm端面做粗糙化處理從而抑制寄生振蕩；兩個(gè)HmmXlmm端面經(jīng)光學(xué)拋光后鍍上泵浦光波長和種子光波長的增透膜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)種子激光束8和泵浦光5良好的透射效果；兩個(gè)14mmX 1mm的大面做粗糙化處理后安裝冷卻裝置6 ;冷卻裝置6采用紫銅制作，將其焊接在激光介質(zhì)I上，使用水冷機(jī)對(duì)紫銅進(jìn)行水冷降溫。定義激光介質(zhì)I的14_X10mm大面為水平面。
[0032]第一腔鏡2為平凹圓透鏡，焦距為200mm，其凹面鍍有對(duì)種子激光束8高反射、對(duì)泵浦光5高透射的膜，其平面鍍有對(duì)泵浦光5高透射的膜。
[0033]第二腔鏡3為平凸柱透鏡，焦距為103.36mm，其凸面鍍有對(duì)種子激光束8高反射的膜，對(duì)其凸面垂直于激光介質(zhì)I的水平面的兩條棱做倒角處理，其兩個(gè)斜側(cè)面鍍有對(duì)種子激光束8高反射的膜。
[0034]第一腔鏡2和第二腔鏡3位于激光介質(zhì)I的兩側(cè)構(gòu)成混合腔結(jié)構(gòu)，且各自的凹凸面朝向激光介質(zhì)，平凸柱透鏡柱面母線與激光介質(zhì)I的水平面垂直。混合諧振腔在水平方向?yàn)檎Ч步狗欠€(wěn)腔，所述第一腔鏡2的焦點(diǎn)和第二腔鏡3的焦點(diǎn)重合，第一腔鏡2的焦距等于第二腔鏡3的焦距與正支共焦非穩(wěn)腔的腔長之和，混合諧振腔在垂直方向則為平凹穩(wěn)定腔。
[0035]泵浦源4包括激光二極管列陣和光束整形器件，輸出近矩形泵浦光5的尺寸為12mmX0.7mm，與激光介質(zhì)I的14mmX Imm面相適配，泵浦源4所產(chǎn)生的泵浦光5波長為808nm，垂直入射至第一腔鏡2并透過后，照射至激光介質(zhì)I的14_ X Imm面，對(duì)其進(jìn)行單邊泵浦。
[0036]種子激光源7發(fā)出低功率高光束質(zhì)量的種子激光束8，種子光波長為1064nm，水平方向光束質(zhì)量因子(M2值)為1.30，垂直方向M2值為1.26，種子光整形之后的尺寸為水平方向1.08mm、垂直方向0.42mm的光斑。該種子激光束8以一定角度經(jīng)第二腔鏡3的斜側(cè)面反射至激光介質(zhì)I并通過激光介質(zhì)I后，經(jīng)第一腔鏡2反射準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的光束經(jīng)過激光介質(zhì)I后經(jīng)第二腔鏡反射擴(kuò)束，由于諧振腔搭建為正支共焦非穩(wěn)腔，如此種子激光束8在第一腔鏡2和第二腔鏡3之間來回反射共四次通過激光介質(zhì)I后，由第二腔鏡3的另一斜側(cè)面耦合輸出平行光束，得到放大后的激光束，經(jīng)檢測(cè)最終的輸出光在水平和垂直方向M2值都小于1.5。
[0037]應(yīng)理解，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于供本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并非【具體實(shí)施方式】的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，包括激光介質(zhì)(I)、輸出泵浦光(5)的泵浦源(4)、輸出種子激光束⑶的種子激光源(7)、第一腔鏡⑵和第二腔鏡(3)，其中二腔鏡分別位于所述激光介質(zhì)(I)的兩側(cè)構(gòu)成混合腔； 其特征在于: 所述激光介質(zhì)(I)設(shè)置為長多寬 > 高的板條狀，以所述激光介質(zhì)(I)長X寬面為水平面；第一腔鏡(2)在平行水平面方向?yàn)槠桨纪哥R；第二腔鏡(3)為平凸柱透鏡，其柱面母線垂直于所述水平面；二腔鏡各自的凹凸面均朝向所述激光介質(zhì)(I);對(duì)第二腔鏡(3)凸面兩端垂直于所述水平面的棱分別做倒角處理，形成兩個(gè)斜側(cè)柱面； 所述泵浦光(5)透過第一腔鏡(2)照射至激光介質(zhì)(I)的長X高面；種子激光束(8)經(jīng)第二腔鏡(3)的斜側(cè)柱面反射至激光介質(zhì)(I)并通過激光介質(zhì)(I)后，經(jīng)第一腔鏡(2)反射準(zhǔn)直，準(zhǔn)直后的光束再次通過激光介質(zhì)(I)后經(jīng)第二腔鏡(3)反射擴(kuò)束，種子激光束(8)在第一腔鏡(2)和第二腔鏡(3)之間多次反射并通過激光介質(zhì)(I)后，在第二腔鏡(3)的另一斜側(cè)柱面耦合出射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述激光介質(zhì)(I)的長X寬面設(shè)有冷卻裝置(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于，所述激光介質(zhì)(I)的長X高面鍍有對(duì)所述種子激光束(8)和所述泵浦光(5)均高透射的膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述激光介質(zhì)(I)材料為紅寶石、鈦寶石或摻雜Nd或Yb離子的晶體、陶瓷或玻璃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述摻雜 Nd 離子的晶體為 Nd: YAG、Nd: YVO4、Nd: GGG、Nd: YLF、Nd: YAP 或 Nd: S-FAP ；所述摻雜 Yb 離子的晶體為 Yb: YAG、Yb: YVO4、Yb: GGG、Yb: YLF、Yb: YAP 或 Yb: S-FAP。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于，所述泵浦源(4)包括激光二極管列陣和光束整形器件，泵浦光(5)截面近似矩形，與所述激光介質(zhì)(I)的長X高面相適配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述第一腔鏡(2)的凹面鍍有對(duì)種子激光束(8)高反射、對(duì)泵浦光(5)高透射的膜，其平面鍍有對(duì)泵浦光(5)高透射的膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述第二腔鏡(3)的凸面鍍有對(duì)種子激光束(8)高反射、對(duì)泵浦光(5)高透射的膜，其兩個(gè)所述斜側(cè)柱面均鍍有對(duì)種子激光束(8)高反射的膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述混合腔，在平行所述水平面方向?yàn)檎Ч步狗欠€(wěn)腔，所述第一腔鏡(2)的焦點(diǎn)和第二腔鏡(3)的焦點(diǎn)重合，第一腔鏡(2)的焦距等于第二腔鏡(3)的焦距與正支共焦非穩(wěn)腔的腔長之和。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的高光束質(zhì)量緊湊型板條激光放大裝置，其特征在于:所述混合腔在平行所述激光介質(zhì)(I)寬X高面方向?yàn)槠桨挤€(wěn)定腔或平平腔，對(duì)應(yīng)的第一腔鏡(2)分別采用平凹圓透鏡和平凹柱透鏡，所述平凹柱透鏡柱面母線垂直于所述水平面。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK104485571SQ201410831286
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】楊彬, 劉迎春, 周軍, 于廣禮, 丁建永 申請(qǐng)人:南京中科神光科技有限公司