一種端面傾斜泵浦的平面波導(dǎo)激光放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種端面傾斜栗浦的平面波導(dǎo)激光放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]全固態(tài)激光器具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、輸出光束質(zhì)量好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療和科研等方面有廣泛應(yīng)用。特別是在軍事和工業(yè)加工方面，大功率全固態(tài)激光器有很好的應(yīng)用前景。早期的全固態(tài)激光器的增益介質(zhì)通常選用圓棒或者塊狀結(jié)構(gòu)，但是在高功率栗浦下存在著嚴(yán)重的熱透鏡效應(yīng)和雙折射效應(yīng)，這使增益介質(zhì)產(chǎn)生很強(qiáng)的光學(xué)畸變，限制了高功率的輸出功率。為了增大散熱表面積，獲得高功率的激光輸出，從激光出現(xiàn)之初人們就在增益介質(zhì)形態(tài)上做了很多嘗試和創(chuàng)新工作，出現(xiàn)了板條、薄片、光纖和平面波導(dǎo)等結(jié)構(gòu)。
[0003]典型的平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由三層均勻介質(zhì)構(gòu)成，中間的芯層折射率為叫，厚度為d，上下的包層的折射率分別為112和η 3，并且有ηι>η2> η 3，整體厚度為t，這種就是常見的單包層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。所謂雙包層平面波導(dǎo)，是指在單包層平面波導(dǎo)的上下包層外側(cè)各有一個包層，靠近芯層的稱為內(nèi)包層，外側(cè)的成為外包層。內(nèi)包層厚度為D，其中包含芯層的厚度。在雙包層結(jié)構(gòu)中，有nPnPnynAnPrv在平面波導(dǎo)中，波導(dǎo)的寬度w遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于厚度d，厚度一般為1~200 μπι，寬度為毫米或者厘米量級。
[0004]平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)是指波導(dǎo)的芯層為摻有激活離子的激光基質(zhì)，即摻雜區(qū)，也稱為增益區(qū)，包層是無摻雜的激光基質(zhì)，也可以是一定厚度的光學(xué)膜層。平面波導(dǎo)增益介質(zhì)中，考慮到儲能的大小，芯層厚度一般為10-400 μπι。平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)通常使用大面冷卻散熱，理想情況下可以認(rèn)為是一維方向散熱。平面波導(dǎo)激光器通過提供熱透鏡效應(yīng)的一維控制以及通過增加導(dǎo)波增益區(qū)的寬度和長度進(jìn)行功率縮放，提供了介于大體積固體激光器和光纖激光器的中間條件。平板波導(dǎo)激光器綜合塊狀固體激光和光纖激光的優(yōu)點(diǎn)，同時避免兩者的缺點(diǎn):光纖激光的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、廢熱導(dǎo)致的光束質(zhì)量退化較小，缺點(diǎn)在于由于激光亮度極高，非線性效應(yīng)直接限制最高輸出功率；塊狀固體激光定標(biāo)放大時則基本不存在非線性效應(yīng)問題，缺點(diǎn)在于廢熱導(dǎo)致的光束質(zhì)量退化嚴(yán)重，同時結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)小型緊湊化。所以，平面波導(dǎo)是一種比較理想的大功率全固態(tài)激光器的增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0005]主振蕩-功率放大結(jié)構(gòu)(ΜΟΡΑ)是一種常見的實現(xiàn)高功率高光束質(zhì)量的激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用高光束質(zhì)量低功率的激光作為種子源，經(jīng)過一級或者多級放大器容易實現(xiàn)高功率高光束質(zhì)量的激光輸出。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，平面波導(dǎo)激光放大器有非常高的增益，因此容易實現(xiàn)高效率激光輸出，并且系統(tǒng)緊湊簡單。
[0006]由于平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)很難加工，國內(nèi)平面波導(dǎo)激光器的研究比較少。2008年中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的徐劍秋等人在optics communicat1n上的報道了非對稱包層的Nd:YAG波導(dǎo)諧振腔激光器。平面波導(dǎo)的幾何尺寸為58mmX lOmmX 1mm，在底面上有3 μπι厚的藍(lán)寶石膜層，形成YAG/Nd:YAG/Sapphire波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。此波導(dǎo)和下面的熱沉之間用銦箔來保證緊密接觸，以獲得波導(dǎo)和熱沉之間的均勻熱接觸。半導(dǎo)體激光器從兩側(cè)栗浦，發(fā)光面的大小為10mmX48mm，栗浦光發(fā)散角小于20°。使用焦距為50mm和20mm的柱透鏡將栗浦光注入到波導(dǎo)當(dāng)中，栗浦光與水平方向的傾角為5°。栗浦源在1kHz重復(fù)頻率20%占空比的工作模式下，使用平平腔獲得了最大310W的激光輸出，使用正支非穩(wěn)腔來提高光束質(zhì)量，獲得了 280W的激光輸出，非波導(dǎo)方向上光束質(zhì)量為M2=l.5。
[0007]2008年清華大學(xué)的康宏向等人在Laser Physics Letter上的報道了高效率的端面栗浦Nd:YAG平板波導(dǎo)激光器。平板波導(dǎo)的幾何尺寸為12mmX5mmX 1mm，中心0.4mm的Nd:YAG增益區(qū)摻雜濃度為lat.%，上下的包層都是厚度為0.3mm的純YAG。波導(dǎo)的一個端面鍍1064nm高反膜和808nm高透膜，作為后腔鏡，另一個端面鍍1064nm高透膜和808nm高透膜，輸出鏡用平面鏡。使用透過率2%的耦合輸出鏡時，最大獲得了 2.90W的激光功率輸出，光光效率為58%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種端面傾斜栗浦的平面波導(dǎo)激光放大器的技術(shù)方案，該方案無需使用分光鏡即可實現(xiàn)高功率栗浦光的端面注入，易于獲得高功率高光束質(zhì)量激光放大輸出。
[0009]本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的:
一種端面傾斜栗浦的平面波導(dǎo)激光放大器，包括有栗浦源、栗浦耦合透鏡組、種子源、隔離器、種子光耦合透鏡組和平面波導(dǎo)激光增益介質(zhì)；栗浦源發(fā)出的栗浦光經(jīng)過栗浦耦合透鏡組后傾斜射入增益介質(zhì)端面；種子源發(fā)出的種子光依次經(jīng)過隔離器和種子光耦合透鏡組后正射入增益介質(zhì)端面；栗浦源的發(fā)射波長在增益介質(zhì)的吸收譜內(nèi)；種子源的輸出波長與增益介質(zhì)的發(fā)射光譜峰相匹配。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:栗浦光傾斜射入的角度為10°至50°。
[0011]作為本方案的優(yōu)選:栗浦源的數(shù)量為至少一個；栗浦源的位置為前端栗浦或者后端栗浦或者雙端栗浦。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:增益介質(zhì)為雙包層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；增益介質(zhì)包括有芯層、內(nèi)包層和外包層；芯層為增益區(qū)，芯層厚度為10-400 μπι;內(nèi)包層為與芯層同基質(zhì)的非摻雜材料，厚度為10-400 μπι ;外包層為體介質(zhì)或光學(xué)膜層；增益區(qū)的兩端鍵合有與內(nèi)包層相同的材料；增益區(qū)為具有單一摻雜濃度的增益區(qū)或為多個摻雜濃度的增益區(qū)或為摻雜濃度漸變的增益區(qū)。
[0013]作為本方案的優(yōu)選:栗浦耦合透鏡組整形后的栗浦光在一個方向上為會聚光，并且在平面波導(dǎo)入口處的光斑大小小于平面波導(dǎo)內(nèi)包層厚度；整形后的栗浦光在另一個方向上為平行光，平行光的方向為增益介質(zhì)的非波導(dǎo)結(jié)構(gòu)方向。
[0014]作為本方案的優(yōu)選:經(jīng)過種子光耦合透鏡組整形后的種子光在一個方向上為會聚光，并且在芯層入口處的光斑大小小于芯層的厚度；種子光在另一個方向為平行光，平行光的光斑大小等于同方向的栗浦光的光斑大小，并且小于平面波導(dǎo)的寬度。
[0015]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中于平面波導(dǎo)增益介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，增益介質(zhì)內(nèi)有非常高的增益，易于實現(xiàn)高效率高功率的激光輸出。一般的端面栗浦都要使用分光鏡，而本方案的傾斜栗浦省去了這個元件，不僅能夠提高芯層對栗浦光的吸收效率，而且還可以使用多個栗浦源雙端栗浦，提高栗浦功率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
[0016]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0017]圖1為后端栗浦平面波導(dǎo)激光放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為雙端栗浦平面波導(dǎo)激光放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為兩個栗