本發(fā)明屬于復(fù)合側(cè)壁面的密閉管腔技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器密閉管腔。

背景技術(shù)：

和化學(xué)激光器相比，半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器(diodepumpedalkalivaporlaser,dpal)無(wú)需大量危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)、不必采用真空泵浦、后期處理容易、可使用半導(dǎo)體激光器陣列直接泵浦；和固體激光器相比，半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器則具有廢熱少、氣體介質(zhì)易于流動(dòng)散熱、光束質(zhì)量較高等優(yōu)勢(shì)；和co2氣體激光器相比，半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器體積較小、激光輸出線寬較窄、激光的輸出波長(zhǎng)位于常規(guī)光電探測(cè)器的響應(yīng)波段內(nèi)，同時(shí)，較短的波長(zhǎng)使得衍射極限光斑更小。半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器在具備固體激光器和氣體激光器主要優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又在很大程度上回避了各自的缺點(diǎn)。因此，半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器具有極大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和誘人的發(fā)展前景，國(guó)內(nèi)外眾多研究團(tuán)隊(duì)相繼開(kāi)展了大量的研究工作。

激光器的泵浦方式一般可分為端面泵浦和側(cè)面泵浦兩種。端面泵浦結(jié)構(gòu)適用于小功率、高光束質(zhì)量的激光輸出，具有較高的光束耦合效率和吸收效率；而側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)中泵浦光與激光互相正交，可在光軸方向上通過(guò)加長(zhǎng)激光介質(zhì)的方法來(lái)增加泵浦光的吸收總量，適用于高功率的激光輸出。對(duì)于半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器而言，側(cè)面泵浦方式還可以大幅提高蒸氣管腔的溫度控制效率，減少泵浦光對(duì)透明蒸氣管腔的損壞幾率。因此，普遍認(rèn)為側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)是高功率堿金屬蒸氣激光器未來(lái)的主要發(fā)展方向之一。但是，側(cè)面泵浦激光器的泵浦距離較短，這有可能導(dǎo)致堿金屬蒸氣對(duì)半導(dǎo)體激光泵浦能量的不完全吸收，容易造成泵浦能量的浪費(fèi)。為提高泵浦能量的利用率，可考慮在蒸氣管腔的內(nèi)側(cè)面鍍一層高反射膜，使得泵浦光在蒸氣管腔內(nèi)多次往返，增加吸收效率。但是，采用這種結(jié)構(gòu)將會(huì)帶來(lái)以下嚴(yán)重的問(wèn)題：一方面，將會(huì)導(dǎo)致經(jīng)高反膜折回至密閉蒸氣管腔的泵浦光的一部分重新進(jìn)入泵浦半導(dǎo)體激光器的內(nèi)部，這將影響半導(dǎo)體激光器的發(fā)光穩(wěn)定性并減少其發(fā)光壽命；另一方面，由于半導(dǎo)體激光泵浦堿金屬蒸氣激光器的飽和增益較大，所鍍的高反膜將會(huì)在密閉蒸氣管腔內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的寄生振蕩，這將大大損耗泵浦激光的光—轉(zhuǎn)換效率，降低dpal的輸出功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是：提供一種側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器密閉管腔，以提高半導(dǎo)體側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器對(duì)泵浦光的利用率，同時(shí)有效抑制半導(dǎo)體側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器的側(cè)面寄生振蕩。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器密閉管腔，其包括：堿金屬蒸氣管腔側(cè)壁6和位于堿金屬蒸氣管腔6的兩側(cè)端窗10，堿金屬蒸氣管腔側(cè)壁6的內(nèi)壁面設(shè)置打毛區(qū)域7，打毛區(qū)域7做打毛處理，相鄰的打毛區(qū)域7之間未打毛的區(qū)域形成半導(dǎo)體泵浦光束入射用區(qū)域，所述打毛區(qū)域7表面鍍高反膜8，形成高反膜區(qū)域9。

其中，所述高反膜8的內(nèi)側(cè)空間設(shè)置工作介質(zhì)。

其中，所述工作介質(zhì)為堿金屬增益介質(zhì)。

其中，所述密閉管腔內(nèi)部充入緩沖氣體，緩沖氣體為氦氣、甲烷、乙烷或者為上述氣體的混合氣體。

本發(fā)明還提供一種側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器系統(tǒng)，其包括：密閉管腔，套設(shè)在密閉管腔外部的圓筒式加熱-溫控環(huán)4，圓筒式加熱-溫控環(huán)4上開(kāi)設(shè)有半導(dǎo)體泵浦光束射入口5，設(shè)置在每個(gè)半導(dǎo)體泵浦光束射入口5外側(cè)的激光光源系統(tǒng)；半導(dǎo)體泵浦光束射入口5與密閉管腔內(nèi)壁上設(shè)置的半導(dǎo)體泵浦光束入射用區(qū)域位置相對(duì)應(yīng)。

其中，每個(gè)激光光源系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光泵浦光源1、布拉格體光柵2和發(fā)散角控制光學(xué)透鏡組3。

其中，所述激光光源系統(tǒng)的數(shù)量以設(shè)置的半導(dǎo)體激光側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)的需要為準(zhǔn)。

其中，所述激光器系統(tǒng)采用三方向泵浦方式，設(shè)置三個(gè)激光光源系統(tǒng)，三個(gè)激光光源系統(tǒng)均勻分布在圓筒式加熱-溫控環(huán)4外部。

其中，所述圓筒式加熱-溫控環(huán)4和堿金屬蒸氣管腔側(cè)壁6之間墊入高效傳熱介質(zhì)。

其中，所述半導(dǎo)體泵浦光束射入口5為設(shè)置在圓筒式加熱-溫控環(huán)4側(cè)表面的細(xì)長(zhǎng)形狹縫，以透過(guò)半導(dǎo)體激光的泵浦能量。

(三)有益效果

上述技術(shù)方案所提供的側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器密閉管腔，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)密閉管腔的內(nèi)側(cè)面鍍高反膜，可以將傳輸至管腔外壁的泵浦光高效折返回管腔內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)泵浦光在腔內(nèi)多次反射以充分利用泵浦能量。

(2)相對(duì)較薄的高反膜鍍?cè)谝呀?jīng)打毛處理蒸氣管腔的內(nèi)側(cè)面上，照射到此高反膜的泵浦光束將以漫散射的形式折回到管腔內(nèi)部，這樣可以確保返回管腔的泵浦光不會(huì)直接進(jìn)入半導(dǎo)體激光器泵浦源，在不影響泵浦源輸出穩(wěn)定性和使用壽命的前提下，得到盡可能高的泵浦源利用率。

(3)可以有效抑制密閉管腔內(nèi)部的寄生振蕩，有效減少與之相關(guān)的泵浦能量損耗以及相應(yīng)的熱負(fù)擔(dān)，有利于提高dpal系統(tǒng)的輸出功率。

(4)可以提高與光軸正交的橫截面內(nèi)的泵浦均勻性，這有利于構(gòu)建高功率、高光束質(zhì)量的堿金屬蒸氣激光器系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例堿金屬密閉管腔、泵浦系統(tǒng)和加熱—溫控系統(tǒng)的橫截面示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例堿金屬蒸氣管腔三維結(jié)構(gòu)示意圖.

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

為了提高側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器對(duì)泵浦光的有效利用率，為了有效抑制側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器側(cè)面寄生振蕩，本實(shí)施例提出了一種多個(gè)半導(dǎo)體側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器密閉管腔。

參照?qǐng)D1和圖2所示，本實(shí)施例密閉管腔包括：堿金屬蒸氣管腔側(cè)壁6和位于堿金屬蒸氣管腔6的兩側(cè)端窗10，堿金屬蒸氣管腔側(cè)壁6的內(nèi)壁面設(shè)置打毛區(qū)域7，打毛區(qū)域7做打毛處理，相鄰的打毛區(qū)域7之間未打毛的區(qū)域形成半導(dǎo)體泵浦光束入射用區(qū)域，所述打毛區(qū)域7表面鍍高反膜8，形成高反膜區(qū)域9。

所述高反膜8的內(nèi)側(cè)空間設(shè)置工作介質(zhì)。工作介質(zhì)為堿金屬增益介質(zhì)。

密閉管腔內(nèi)部充入緩沖氣體，緩沖氣體為氦氣、甲烷、乙烷或者為上述氣體的混合氣體。

本實(shí)施例密閉管腔內(nèi)側(cè)面的打毛區(qū)域7、打毛區(qū)域7內(nèi)側(cè)所鍍的高反膜8，既要確保這一層薄高反膜可以高效反射泵浦光，又要使這一層薄高反膜盡量薄以確保其反射的泵浦光是漫反射光。這一層高反膜不但可以將傳輸至側(cè)壁的泵浦光反射回管腔內(nèi)使泵浦光在腔內(nèi)多次反射以確保泵浦能量被充分利用，而且可以確保反射回堿金屬蒸氣腔的泵浦光屬于漫反射光，這樣可以確保反射回管腔內(nèi)的泵浦光不再直接進(jìn)入泵浦源半導(dǎo)體激光器，有利于提高泵浦源的輸出穩(wěn)定性和使用壽命，同時(shí)可以得到較高的泵浦能量利用率。另外，還可以有效抑制蒸氣腔內(nèi)部的寄生振蕩，減少與之相關(guān)的熱負(fù)擔(dān)，有利于提高dpal系統(tǒng)的輸出功率。

基于上述密閉管腔，本實(shí)施例還提供一種側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器系統(tǒng)，包括：密閉管腔，套設(shè)在密閉管腔外部的圓筒式加熱-溫控環(huán)4，圓筒式加熱-溫控環(huán)4上開(kāi)設(shè)有半導(dǎo)體泵浦光束射入口5，設(shè)置在每個(gè)半導(dǎo)體泵浦光束射入口5外側(cè)的激光光源系統(tǒng)；半導(dǎo)體泵浦光束射入口5與密閉管腔內(nèi)壁上設(shè)置的半導(dǎo)體泵浦光束入射用區(qū)域位置相對(duì)應(yīng)。

具體地，每個(gè)激光光源系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光泵浦光源1、布拉格體光柵2和發(fā)散角控制光學(xué)透鏡組3。

激光光源系統(tǒng)的數(shù)量以設(shè)置的半導(dǎo)體激光側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)的需要為準(zhǔn)。

本實(shí)施例中，優(yōu)選采用三方向泵浦方式，設(shè)置三個(gè)激光光源系統(tǒng)，三個(gè)激光光源系統(tǒng)均勻分布在圓筒式加熱-溫控環(huán)4外部。

根據(jù)實(shí)際需要，還可以在圓筒式加熱-溫控環(huán)4和堿金屬蒸氣管腔側(cè)壁6之間墊入高效傳熱介質(zhì)。

半導(dǎo)體泵浦光束射入口5為設(shè)置在圓筒式加熱-溫控環(huán)4側(cè)表面的細(xì)長(zhǎng)形狹縫，以透過(guò)半導(dǎo)體激光的泵浦能量。

綜上，本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器密閉管腔。首先，在該蒸氣管腔的內(nèi)側(cè)面進(jìn)行打毛處理(高粗糙度)，然后，在已經(jīng)打毛的內(nèi)側(cè)面再鍍一層相對(duì)較薄的高反膜。這樣，這層管腔內(nèi)側(cè)面的高反膜對(duì)泵浦光束具有高反射率，既可以將傳輸至內(nèi)側(cè)壁的泵浦光全部折返回蒸氣管腔內(nèi)，大幅提高半導(dǎo)體激光泵浦源的使用效率；同時(shí)，由于折返回蒸氣管腔內(nèi)的泵浦光屬于漫反射光，這些泵浦光線不會(huì)大量反射回到半導(dǎo)體激光器泵浦源內(nèi)部，這樣就可避免對(duì)半導(dǎo)體激光泵浦源激光的輸出模式和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響；此外，這種結(jié)構(gòu)還可以有效抑制堿金屬蒸氣管腔內(nèi)部的寄生振蕩。

在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體側(cè)面泵浦堿金屬蒸氣激光器中，半導(dǎo)體激光光束經(jīng)泵浦光線寬壓窄系統(tǒng)、泵浦光束均勻化準(zhǔn)直系統(tǒng)后從管腔側(cè)表面加熱器預(yù)留位置耦合進(jìn)入蒸氣腔內(nèi)，被堿金屬蒸氣吸收后，剩余的泵浦能量經(jīng)過(guò)蒸氣腔另一側(cè)時(shí)，以漫散射的形式折回到管腔內(nèi)部再次被堿金屬蒸氣吸收。由于增益介質(zhì)管腔直徑較小，泵浦光單程吸收能力有限，使用這種泵浦結(jié)構(gòu)可以使泵浦光能量在蒸氣管腔內(nèi)經(jīng)過(guò)多次往返后被堿金屬蒸氣充分吸收。

由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)：

(1)可以將未被吸收的泵浦光能量多次高效地反射回密閉蒸氣管腔內(nèi)，有利于增強(qiáng)泵浦利用率，提高光-光轉(zhuǎn)換效率；

(2)可以提高與光軸正交的橫截面內(nèi)的泵浦均勻性，有利于構(gòu)建高光束質(zhì)量、高功率的堿金屬蒸氣激光系統(tǒng)；

(3)可以確保返回管腔的絕大部分泵浦光不會(huì)直接返回泵浦半導(dǎo)體激光器，有利于提高半導(dǎo)體激光泵浦源的輸出穩(wěn)定性和使用壽命；

(4)可以有效抑制高增益激光介質(zhì)在蒸氣腔內(nèi)的寄生振蕩，有效減少因寄生振蕩對(duì)泵浦能量的損耗和所帶來(lái)的熱負(fù)擔(dān)，以提高激光的功率輸出。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。