CN100399651C - 反射玻璃实现z形光路的板条激光器 - Google Patents

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Abstract

一种反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，其特点是：激光介质为长方体。两端面键合未掺杂的晶体，泵浦光经过反射玻璃板和冷却水层进入激光晶体由激光介质吸收。激光介质上下两个大表面用水冷却。激光谐振腔采用平平腔。本发明由于采用了反射玻璃板来保证激光在晶体内多次通过，减少了传统Z形板条由于晶体热变形对激光全反射的影响，同时也降低了对晶体表面光洁度的要求，使得激光器晶体加工简单，激光在晶体内沿着温度梯度方向多次通过消除了应力感生双折射，同时端面键合未掺杂的晶体易于散热，减小了端面效应，并且采用激光二极管阵列侧面泵浦保证进一步减少废热在晶体内的沉积，可以实现高功率、高光束质量的激光输出。

Description

反射玻璃实现Z形光路的板条激光器
技术领域
本发明属于全固态固体激光器，特别是一种反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，它采用反射玻璃来实现激光在晶体内沿着温度梯度方向多次通过消除了应力感生双折射，同时端面键合未掺杂激光离子的晶体消除端面效应，可以实现高功率、高光束质量的激光输出。
背景技术
工业材料加工、光谱学及激光遥感以及军用等领域都需要激光器具有好的光束质量，棒状激光工作介质产生的热聚焦、应力诱发的双轴聚焦和双折射对光束质量产生严重的影响，板状激光介质热梯度和热致双折射只发生在厚度方向，因此宽度方向上的偏振光没有出现应力感生的双轴聚焦、双折射和退偏损耗，但是板状激光介质仍起着圆柱薄透镜的作用，其焦距比棒状激光介质的短2倍。
使光线沿着Z形光路传播，就可以消除板中的圆柱聚焦。在Z形结构中光束的传播方向并不是与晶体长度方向平行，传统的Z形板条状的激光介质利用晶体表面实现激光在介质内多次反射可以有效的减少热致双折射和热畸变等热效应对光束质量的影响，为了满足光路的全反射，要求两个大面有很高的平行度和光洁度，使加工变得很困难，同时由于端面效应与在板的宽度内泵浦和冷却感生的温度梯度，使得传统的Z形板条的性能比预期的差很多。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，以解决由于晶体热形变导致的全反射效率降低，同时解决端面效应引起的光束质量变差的问题，采用激光二极管泵浦能够获得大功率和较高的效率，同时提高光束质量。
本发明的技术解决方案如下：
一种反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，包括位于后腔镜和前腔镜之间的激光介质、泵浦源、泵浦光耦合系统，其特征在于：
所述的激光介质为长方体的薄片激光晶体板条，通过密封元件在该薄片激光晶体板条的左右两个大面外平行地各设有一对激光波长的反射玻璃，该薄片激光晶体板条的上下面各设有一吸收体，该薄片激光晶体板条和反射玻璃之间为冷却水通道；
所述的泵浦源为双列激光二极管阵列组成，该激光二极管阵列与所述的反射玻璃之间是柱面耦合透镜，所述的薄片激光晶体板条的中线与所述的柱面耦合透镜的聚焦线重合；所述的激光二极管阵列发出的泵浦光分别经柱面耦合透镜照射在所述的薄片激光晶体板条的左右两个大面上；
所述的反射玻璃是表面抛光，然后镀1064nm、44°全反射膜的K9玻璃，所述的薄片激光晶体板条端面的楔角为30°，该薄片激光晶体板条在后腔镜和前腔镜之间，激光垂直薄片激光晶体板条端面入射，以30°入射角射入薄片激光晶体板条的晶体和冷却水的界面，以44°出射，然后经过反射玻璃的反射回到晶体中，经过多次这样的反射最后从晶体的另一个端面垂直射出。
所述的薄片激光晶体板条的两个大面镀1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，两端面键合有未掺杂激光离子晶体。
所述的泵浦源为快轴准直的三维激光二极管阵列。
所述的固体板条激光器为平平腔，由于泵浦功率密度比较高，也可以使用其他的非稳腔，比如同轴或离轴非稳腔，以便有较大的模式体积，提高提取效率。
激光在晶体内多次反射提高了提取效率，同时激光在晶体内多次通过消除了应力感生双折射和热透镜效应。激光二极管发出的泵浦光通过耦合系统进入晶体的两个侧面，采用双侧泵浦是为了提高泵浦功率同时保证晶体内热分布的对称使得这种结构能补偿应力-光学畸变。
本发明具有以下优点：
1、采用镀有1064nm、44°全反射膜的玻璃来实现激光在晶体内多的多次通过，可以使激光晶体的加工变得简单，同时降低了激光器工作中由于激光晶体热变形导致全反射效率降低。
2、激光晶体采用长方薄板条结构，侧面镀有1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，同时端面通过键合方式与未掺杂激光离子的晶体粘在一起，消除了端面效应，提高了光束质量。键合的未掺杂激光离子的晶体楔角为30°。使用晶体较大面进行泵浦，可以提高泵浦功率能获得更大的输出。
3、在晶体和反射玻璃之间通过水流直接冷却，代替传统的热沉，这种冷却方式的效率更高。
4、采用非稳腔结构，增益介质的体积得到充分的利用，在获得大的输出功率的同时有着较好的光束质量。
以下结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明激光器较佳实施例的主视剖面图。
图2为图1较佳实施例的左视剖面图。
具体实施方式
请参阅图1和图2，由图1、图2可以看到，本发明反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，包括位于后腔镜2和前腔镜3之间的激光介质、泵浦源、泵浦光耦合系统，其特点是：
所述的激光介质为长方体的薄片激光晶体板条1，通过密封元件14在该薄片激光晶体板条1的左右两个大面外平行地各设有一对激光波长的反射玻璃7、8，该薄片激光晶体板条1的上下面各设有一吸收体12、13，该薄片激光晶体板条1和反射玻璃7、8之间为冷却水通道；
所述的泵浦源为双列激光二极管阵列6、7组成，该激光二极管阵列6、7与所述的反射玻璃7、8之间是柱面耦合透镜4、5，所述的薄片激光晶体板条1的中线与所述的柱面耦合透镜4、5的聚焦线重合；所述的激光二极管阵列6、7发出的泵浦光分别经柱面耦合透镜4、5照射在所述的薄片激光晶体板条1的左右两侧面上；所述的反射玻璃8、9，是普通K9玻璃，表面抛光，然后镀1064nm、44°全反射膜，所述的薄片激光晶体板条1端面的楔角为30°，激光垂直薄片激光晶体板条1的端面入射，以30°入射角射入薄片激光晶体板条1的晶体和冷却水的界面，以44°出射，然后经过反射玻璃8、9的反射回到晶体中，经过多次这样的反射最后从晶体的另一个端面垂直射出。
所述的薄片激光晶体板条1的两个大面镀1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，两端面键合有未掺杂激光离子晶体10、11。
所述的泵浦源为快轴准直的三维激光二极管阵列。激光二极管阵列6、7发出的泵浦光经耦合透镜4、5和反射玻璃8、9聚焦后照射在板条的两个侧面，实现对称泵浦。
所述的后腔镜2和前腔镜3构成同轴非稳腔或离轴非稳腔。本实施例中的后腔镜2和前腔镜3为平面镜，构成平平腔。激光介质板条1的两个大面镀1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，以实现泵浦光和激光在两个大面的透射。半导体激光泵浦源6、7为矩形半导体激光器列阵。
下面为此实施例的具体参数：
激光晶体为Nd:YAG晶体，具体尺寸为长1＝100mm、宽w＝20mm、厚d＝5mm，大面镀1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，端面镀1064nm的增透膜。晶体通过冷却水直接冷却。
两个激光二极管阵列6、7的发光面为矩形，每个阵列有400个bar组成，在激光器输出激光的方向长度为100mm，发散角为10°，在垂直于激光器输出激光的方向长度为32mm，经过微柱镜整形后发散角为10°，发光波长808nm，为脉冲工作方式，每组峰值功率为40Kw。
在激光二极管阵列6、7之间为耦合透镜4、5，结构如图2所示，耦合透镜4、5为一柱面镜，在泵浦光入射方向为柱形曲面，曲率半径为50mm。柱面镜的长宽分别为100mm和50mm，泵浦光经过耦合透镜4、5后被压缩成长宽分别为100mm和20mm，耦合透镜4、5两面镀808nm增透膜，透过率大于95％，晶体1放在耦合透镜4、5的焦点上，保证足够的泵浦功率密度。晶体1厚度方向粘上吸收体12、13用来吸收1064的激光，消除自激振荡。
前腔镜3、后腔镜2都为平面镜，后腔镜2镀对1064nm的全反射膜，反射率大于99.8％，前腔镜3为输出镜，镀1064nm透射率为20％的光学薄膜。
综上所述，本发明具有加工简单、易于散热的特点，可以实现固体激光器的大功率、高光束质量的激光输出。

Claims (5)

1.一种反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，包括位于后腔镜(2)和前腔镜(3)之间的激光介质、泵浦源，其特征在于：所述的激光介质为长方体的薄片激光晶体板条(1)，通过密封元件(14)在该薄片激光晶体板条(1)的左右两个大面外平行地各设有一激光波长的反射玻璃(8、9)，该薄片激光晶体板条(1)的上下面各设有一1064nm波长的吸收体(12、13)，该薄片激光晶体板条(1)和反射玻璃(8、9)之间为冷却水通道；
所述的泵浦源为双列激光二极管阵列(6、7)组成，该激光二极管阵列(6、7)与所述的反射玻璃(8、9)之间是柱面耦合透镜(4、5)，所述的薄片激光晶体板条(1)的中线与所述的柱面耦合透镜(4、5)的聚焦线重合；所述的激光二极管阵列(6、7)发出的泵浦光分别经柱面耦合透镜(4、5)照射在所述的薄片激光晶体板条(1)的左右两个大面上；
所述的反射玻璃(8、9)是表面抛光然后镀1064nm、44°全反射膜的K9玻璃，所述的薄片激光晶体板条(1)端面的楔角为30°，该薄片激光晶体板条(1)在后腔镜(2)和前腔镜(3)之间，激光垂直薄片激光晶体板条(1)端面入射，以30°入射角射入薄片激光晶体板条(1)的晶体和冷却水的界面，以44°出射，然后经过反射玻璃(8、9)的反射回到晶体中，经过多次这样的反射最后从晶体的另外一个端面垂直射出。
2.根据权利要求1所述的反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，其特征在于所述的薄片激光晶体板条(1)的两个大面镀1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，两端面键合有未掺杂激光离子晶体(10、11)。
3.根据权利要求1所述的反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，其特征在于所述的泵浦源为快轴准直的三维激光二极管阵列。
4.根据权利要求1所述的反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，其特征在于所述的后腔镜(2)和前腔镜(3)构成同轴非稳腔或离轴非稳腔。
5.根据权利要求1所述的反射玻璃实现Z形光路的板条激光器，其特征在于所述的后腔镜(2)和前腔镜(3)为平面镜，构成平平腔。
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