本發(fā)明涉及全固態(tài)高功率激光器，特別是一種固體激光器，可實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量、線偏振激光輸出。

背景技術(shù)：

高功率固體激光器已經(jīng)成為了工業(yè)生產(chǎn)中的重要工具，在許多應(yīng)用領(lǐng)域不僅需要激光具有較高的功率而且需要具備較高的光束質(zhì)量。但是，由于量子損耗、吸收散射等損耗的存在，高功率固體激光器工作時有較大比例的能量會轉(zhuǎn)化為廢熱，而常規(guī)的激光晶體熱導(dǎo)率不高，從而導(dǎo)致高功率時出現(xiàn)嚴(yán)重的熱效應(yīng)，包括熱透鏡、熱致雙折射、熱致波前畸變、熱致介質(zhì)炸裂等，這不僅限制了固體激光器功率的提升，而且降低輸出激光的光束質(zhì)量。為了降低固體激光器中的熱效應(yīng)，目前最成功的技術(shù)是采用減薄激光晶體的方法，主要包括板條結(jié)構(gòu)和薄片結(jié)構(gòu)(disk)。其中板條結(jié)構(gòu)固體激光器中高功率時熱效應(yīng)仍然嚴(yán)重；而薄片結(jié)構(gòu)固體激光器雖然已經(jīng)實現(xiàn)了高功率激光輸出，但需要多程泵浦、光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。近年來，研究人員提出了采用透明的高熱導(dǎo)率材料來結(jié)合激光增益介質(zhì)發(fā)展高功率激光器，但一般僅僅利用高熱導(dǎo)率材料作為激光窗口材料、或者僅僅作為純粹的熱傳導(dǎo)材料，傳統(tǒng)的高功率固體激光器中的熱效應(yīng)問題依然存在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種固體激光器，該激光器可實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量和高偏振度的激光輸出。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種固體激光器，包括泵浦源和泵浦尾纖、沿該泵浦尾纖的泵浦激光輸出方向依次是第一耦合透鏡、第二耦合透鏡、泵浦端腔鏡、激光增益介質(zhì)和輸出腔鏡，在所述的激光增益介質(zhì)的上下端面是上熱沉、下熱沉，所述的泵浦端腔鏡、輸出腔鏡及激光增益介質(zhì)構(gòu)成激光諧振腔，其特點在于所述的激光增益介質(zhì)是由多片微米級厚度的薄片狀激光晶體和多片微米級厚度的薄片高熱導(dǎo)率材料通過高溫鍵合形成的周期性的復(fù)合增益介質(zhì)。

所述的泵浦源由多個激光二極管組成，輸出波長范圍為790納米到830納米，輸出的光譜寬度為1納米到3納米之間。

所述的泵浦尾纖為多模光纖，包層直徑為200微米或400微米，數(shù)值孔徑為0.22。

所述的泵浦尾纖為單包層多模光纖，泵浦激光在包層中以全反射方式傳輸，傳輸效率大于95％。

所述的第一耦合透鏡和第二耦合透鏡為凸透鏡，焦距為50毫米，數(shù)值孔徑為0.3，雙面鍍790納米到830納米的增透膜，泵浦光透過率大于98％。

所述的泵浦端腔鏡為K9材料的平面透鏡，為鍍膜雙色透鏡，對泵浦光增透，對激光(1030納米到1090納米)的反射率大于99％。

所述的激光增益介質(zhì)為薄片狀激光晶體，晶體材料包括Nd:YAG、Nd:YVO₄或Nd:glass。

所述的高熱導(dǎo)率材料是熱導(dǎo)率為490W/m/K的SiC，或熱導(dǎo)率為～3300W/m/K的金剛石。

所述的上熱沉、下熱沉由銅或鋁材加工而成，中間有通水孔便于水冷，上熱沉和下熱沉可采用分離結(jié)構(gòu)，也可采用組合式結(jié)構(gòu)。

所述的輸出腔鏡為K9材料的平面透鏡，為鍍膜雙色透鏡，對泵浦光的反射率大于99.8％，對透過1030納米到1090納米激光的透過率為1％到50％之間。

所述的激光晶體為微米量級厚度為幾十到幾百微米的超薄晶體薄片，摻雜濃度為0.5％到4％；

所述的高熱導(dǎo)率材料SiC或金剛石薄片材料的厚度為幾十到百微米量級的薄片，對1微米激光的透過率大于90％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果如下:

由于本發(fā)明，所述的激光增益介質(zhì)是由多片微米級厚度的薄片狀激光晶體和多片微米級厚度的薄片高熱導(dǎo)率材料通過高溫鍵合形成的周期性復(fù)合增益介質(zhì)。因而提升了增益介質(zhì)的整體熱導(dǎo)率。激光器工作時所產(chǎn)生的熱量可以通過高熱導(dǎo)率材料快速傳導(dǎo)到上下熱沉進(jìn)行高效散熱，從根本上解決了激光晶體熱導(dǎo)率低、容易形成熱效應(yīng)的問題?？蓪崿F(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出，同時通過激光的布儒斯特角傳輸?shù)钠襁x擇特性來實現(xiàn)高偏振度的正交偏振激光輸出，同一個激光增益介質(zhì)可以得到兩種偏振激光。

附圖說明

圖1是本發(fā)明固體激光器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的周期性復(fù)合增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)中平行偏振的激光傳輸示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

圖1是本發(fā)明固體激光器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明固體激光器包括泵浦源1、泵浦尾纖2、第一耦合透鏡3、第二耦合透鏡4、泵浦端腔鏡5、激光增益介質(zhì)和輸出腔鏡10，在所述的激光增益介質(zhì)的上下端面分別是上熱沉8、下熱沉9，所述的泵浦端腔鏡5、輸出腔鏡10及激光增益介質(zhì)構(gòu)成激光諧振腔，所述的激光增益介質(zhì)是由多片微米級厚度的薄片狀激光晶體6和多片微米級厚度的薄片高熱導(dǎo)率材料7通過高溫鍵合形成的周期性的復(fù)合增益介質(zhì)。

所述的泵浦源為連續(xù)激光二極管，所述的激光增益介質(zhì)為薄片狀激光晶體。

所述的連續(xù)激光二極管泵浦源由多個激光二極管組成，輸出波長范圍為790納米到830納米，輸出的光譜寬度為1納米到3納米之間。

所述的泵浦尾纖為多模光纖，包層直徑為200微米或400微米，數(shù)值孔徑為0.22。

所述的泵浦尾纖為單包層多模光纖，泵浦激光在包層中以全反射方式傳輸，傳輸效率大于95％。

所述的第一耦合透鏡和第二耦合透鏡為凸透鏡，焦距為50毫米，數(shù)值孔徑為0.3，雙面鍍790納米到830納米的增透膜，泵浦光透過率大于98％。

所述的泵浦端腔鏡為K9材料的平面透鏡，為鍍膜雙色透鏡，對泵浦光增透，對激光(1030納米到1090納米)高反(反射率大于99％)。

所述的激光增益介質(zhì)為薄片狀激光晶體，晶體材料包括Nd:YAG、Nd:YVO4和Nd:glass。

所述的高熱導(dǎo)率材料為具有極高熱導(dǎo)率的碳化硅(SiC)或金剛石(diomand)薄片材料。

所述的上熱沉、下熱沉由銅或鋁材加工而成，中間有通水孔便于水冷，上熱沉和下熱沉可采用分離結(jié)構(gòu)，也可采用組合式結(jié)構(gòu)。

所述的輸出腔鏡為K9材料的平面透鏡，為鍍膜雙色透鏡，對泵浦光的反射率大于99.8％，對透過1030納米到1090納米激光的透過率為1％到50％之間。

所述的激光晶體為微米量級厚度為幾十到幾百微米的超薄晶體薄片，摻雜濃度為0.5％到4％；

所述的高熱導(dǎo)率材料SiC或金剛石薄片材料的厚度為幾十到百微米量級的薄片，對1微米激光的透過率(不計菲涅耳反射損失)大于90％。

泵浦源1輸出連續(xù)波激光，通過泵浦尾纖2入射到第一耦合透鏡3上，通過第一耦合透鏡3和第二耦合透鏡4后泵浦激光聚焦到激光增益介質(zhì)上，復(fù)合增益介質(zhì)由激光增益介質(zhì)6和高熱導(dǎo)率材料7采用周期性交替鍵合形成。泵浦端腔鏡5和輸出腔鏡10形成激光諧振腔。上熱沉8和下熱沉9中加工水通道，通過循環(huán)水把增益介質(zhì)中產(chǎn)生的廢熱帶走。

周期性復(fù)合增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)的激光晶體6采用微米量級的薄片結(jié)構(gòu)，高熱導(dǎo)率材料7的厚度也在微米量級。激光晶體6和高熱導(dǎo)率材料7采用高溫鍵合的方式形成結(jié)構(gòu)牢固的整體。

激光以布儒斯特角穿過激光晶體表面，保證平行偏振光的反射分量為零，使得平行偏振光低損耗通過，形成激光振蕩，輸出腔鏡10為部分透過(1030納米到1090納米透過率為1％到50％之間)，從而平行偏振的激光通過輸出腔鏡輸出。垂直偏振光入射到晶體表面時部分反射、部分透射，高泵浦時也會形成振蕩，此時，晶體表面反射部分作為輸出激光。這種布儒斯特角傳輸方式不僅使得輸出的激光具備非常高的偏振度(線偏振光)，而且通過這種布儒斯特角偏振選擇方式可以從同一個激光器中輸出多束激光。

實施例1：

本發(fā)明的實施例1，泵浦源采用波長808納米的激光二極管，輸出功率大于40瓦，激光譜線寬度3納米，泵浦尾纖為單包層的400微米、數(shù)值孔徑為0.22的多模光纖，第一耦合透鏡和第二耦合透鏡都是K9玻璃的雙凸透鏡，焦距皆為50毫米，數(shù)值孔徑為0.3；激光晶體采用Nd:YVO4，厚度為200微米，一起5層晶體，高熱導(dǎo)率材料為6H-SiC(SiC的構(gòu)型之一)，厚度為500微米，層數(shù)為6層，交叉鍵合形成周期性復(fù)合增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)；泵浦端腔鏡和輸出腔鏡都是K9玻璃制作的雙色鏡，二者形成激光諧振腔，泵浦端腔鏡對泵浦光增透對激光高反，輸出腔鏡對泵浦光高反對激光部分透過，透過率采用15％。當(dāng)泵浦光超過一定功率時(約7瓦)，觀察到激光輸出，輸出功率隨著泵浦光功率線性增長，最大功率為10瓦，對于吸收的泵浦光的斜率效率為～30％。輸出激光波長對于平行偏振光為1064.3納米，而對于垂直偏振光激光波長為1063.7納米。兩種不同偏振的激光輸出功率比可以通過改變輸出腔鏡的激光透過率來調(diào)節(jié)。