CN100399652C - 包层掺杂的平板波导激光放大器 - Google Patents
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Abstract
一种包层掺杂的平板波导激光放大器，该激光放大器由激光晶体、泵浦源、振荡器、隔离器、第一反射镜、冷却装置及铟过渡层组成，所述的激光晶体是一多层板条结构的多面体，从上到下共分3层，中间是未掺杂的纯晶体，上下包层均是掺杂激光晶体，两侧面成弧形面，该弧形表面有对泵浦光的增透膜，上下包层掺杂激光晶体的外平面上镀有对振荡器输出激光的高反膜，在该高反膜外是铟过渡层，该铟过渡层外贴设所述的冷却装置，所述的泵浦源设置在所述的激光晶体的两个弧形侧面外，所述的振荡器输出的激光通过隔离器、经第一反射镜反射后从所述激光晶体的一个端面以一定的角度进入所述的激光晶体。本发明具有散热效果好和结构简单的特点。
Description
技术领域
本发明属于激光，具体涉及包层掺杂的平板波导激光放大器，在激光加工、通信及军事领域均有广泛的应用。
背景技术
平板波导型激光器、放大器是高功率固体激光器的一个重要的研究方向，平板波导结构具有以下优点：它可以与条形二极管激光器很好的匹配而不用额外的光束整形；可以具有很大的数值孔径，这样可以很好的约束非衍射极限的光束，因此只需要简单的聚焦光学系统甚至可以无需任何光学元件，直接采用接近式耦合系统，这样可以获得简洁而紧凑的激光器件。板条状的平板波导结构一般采用最大的表面作为冷却面，有利于改善激光介质中的热效应。
Shepherd博士及其领导的小组在平板波导型激光器方面做了大量研究，Shepherd博士提出一种比较典型的平板波导结构就是Sapphire/YAG/Nd:YAG/YAG/Sapphire五层结构[参见D P Shepherd，High-powerplanar dielectric waveguide lasers，J.Phys.D：Appl.Phys.34(2001)，2420-2432]。即中间是掺杂的晶体Nd:YAG，中间两侧是未掺杂的晶体YAG，最外侧是蓝宝石Sapphire，当采用端泵和面泵方式时，泵浦光经过中间的Nd:YAG时产生大量热量，而未掺杂的YAG晶体不产生热量，热量由Nd:YAG通过为YAG和Sapphire传递到冷却装置。由于热量需要经过两层(YAG层和Sapphire层)才能与冷却装置相连，所以在一定程度上减缓了散热过程，增加了晶体的热效应，影响光束的输出。
本发明采用的激光晶体是一个多面体结构，从上到下共分3层，中间是未掺杂的纯晶体，上下包层均是部分掺杂的晶体。这样，产生热量的掺杂晶体通过传热效果好的薄铟层直接与冷却装置相连。并且晶体的侧面是两个弧形侧面，泵浦光通过接近式耦合，不需任何外加光学元件，直接泵浦到晶体内，使得整个系统的结构更加简洁。
发明内容
本发明的目的在于改善上述现有平板波导激光放大器在热效应和整体结构方面的欠缺，提供一种包层掺杂的平板波导激光放大器，该激光放大器应具有散热效果好和结构简单的特点。
本发明的技术解决方案如下：
一种包层掺杂的平板波导激光放大器，该激光放大器由激光晶体、泵浦源、振荡器、隔离器、第一反射镜、冷却装置及铟过渡层组成，所述的激光晶体是一多层板条结构的多面体，从上到下共分3层，中间是未掺杂的纯晶体，上下包层均是掺杂激光晶体，两侧面成弧形面，该弧形表面有对泵浦光的增透膜，上下包层掺杂激光晶体的外平面上镀有对振荡器输出激光的高反膜，在该高反膜外是铟过渡层，该铟过渡层外贴设所述的冷却装置，所述的泵浦源设置在所述的激光晶体的两个弧形侧面外，所述的振荡器输出的激光通过隔离器、经第一反射镜反射后从所述激光晶体的一个端面以一定的角度进入所述的激光晶体。
所述的振荡器输出的激光进入所述的激光晶体的最佳角度为45°。
所述的泵浦源由多个半导体激光器或条形激光二极管阵列组成，沿所述的激光晶体的两个弧形侧面外均匀地设置。
所述的激光晶体的另一端为放大激光输出端。
所述的激光晶体的另一端上下对称地分设有第二全反射镜和第三反射镜，使放大激光返回所述的激光晶体，所述激光晶体的激光输入端也是放大激光的输出端。
半导体激光泵浦源所发射的泵浦光通过接近式耦合后从进入多层板条晶体。振荡器输出光经反射镜调整角度后从侧面进入晶体，并在晶体内多次反射，实现多次能量提取。所述的激光薄片板条晶体上下两个最大表面通过薄铟层与冷却装置相联，达到良好的散热效果。
本发明的技术效果
1.本发明采用的激光晶体是一个多面体结构，从上到下共分3层，中间是未掺杂的纯晶体，上下包层均是部分掺杂的晶体。这样，产生热量的掺杂晶体通过传热效果好的薄铟层直接与冷却装置相连，冷却效果好。
2.泵浦光通过接近式耦合，不需任何外加光学元件，直接泵浦到晶体内，使得整个系统的结构更加简洁，泵浦光也更加均匀。
3.利用之字形光路，可以采用大口径光束，预防晶体表面损伤，适用于大功率的光束输出。
附图说明
图1是本发明激光晶体的结构示意图
图2是本发明激光晶体的泵浦示意图
图3是本发明实施例1单程包层掺杂的平板波导激光放大器示意图
图4是本发明实施例2双程包层掺杂的平板波导激光放大器示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
先请参阅图3，图3是本发明实施例1单程包层掺杂的平板波导激光放大器示意图，由图可见，本发明包层掺杂的平板波导激光放大器，由激光晶体、泵浦源3、振荡器4、隔离器5、第一反射镜8、冷却装置6及铟过渡层7组成，所述的激光晶体是一多层板条结构的多面体，从上到下共分3层，参见图1，中间是未掺杂的纯晶体2，上下包层均是掺杂激光晶体1，两侧面成弧形面，该弧形表面有对泵浦光的增透膜，上下包层掺杂激光晶体1的外平面上镀有对振荡器输出激光的高反膜，在该高反膜外是铟过渡层7，该铟过渡层7外贴设所述的冷却装置6，泵浦源3设置在所述的激光晶体的两个弧形侧面外，参见图3。振荡器4输出的激光通过隔离器5、经第一反射镜8反射后从所述激光晶体的一个端面以45°的角度进入所述的激光晶体，所述的激光晶体的另一端为放大激光的输出端。所述的泵浦源3由多个半导体激光器或条形激光二极管阵列组成，沿所述的激光晶体的两个弧形侧面外均匀地设置。
下面是实施例1有关的参数，供参考：激光晶体如图1所示，晶体的大小为长30，宽5，高7mm，其中宽度不包括两侧的弧的宽度，弧的宽度为每侧1mm，剖面线部分1是掺Yb的YAG，高1mm，2是未掺杂的纯YAG，高5mm。图2是晶体的泵浦示意图，半导体激光泵浦源3通过接近式耦合，无需增加光学元件，直接泵浦到晶体上。在晶体内部多次反射，充分提取能量。在晶体的两顶面，即晶体最大的上下两表面通过铟7与冷却装置6相连，实现良好的热扩散。
实施例2
请参阅图4，图4是本发明实施例2双程包层掺杂的平板波导激光放大器示意图，与图3的不同在于：所述的激光晶体的另一端上下对称地分设有第二全反射镜9和第三反射镜10，使放大激光返回所述的激光晶体，所述激光晶体的激光输入端也是放大激光的输出端。这是为了更加有效的提取能量，双程结构的效率要明显高于单程结构，所以实际使用的更多。
Claims (5)
1.一种包层掺杂的平板波导激光放大器，其特征在于该激光放大器由激光晶体、泵浦源(3)、振荡器(4)、隔离器(5)、第一反射镜(8)、冷却装置(6)及铟过渡层(7)组成，所述的激光晶体是一多层板条结构的多面体，从上到下共分3层，中间是未掺杂的纯晶体(2)，上下包层均是掺杂激光晶体(1)，所述的激光晶体的两侧面成弧形面，该弧形表面有对泵浦光的增透膜，上下包层掺杂激光晶体(1)的外平面上镀有对振荡器输出激光的高反膜，在该高反膜外是铟过渡层(7)，该铟过渡层(7)外贴设所述的冷却装置(6)，泵浦源(3)设置在所述的激光晶体的两个弧形侧面外，振荡器(4)输出的激光通过隔离器(5)、经第一反射镜(8)反射后从所述激光晶体的一个端面以一定的角度进入所述的激光晶体。
2.根据权利要求1所述的包层掺杂的平板波导激光放大器，其特征在于所述的振荡器(4)输出的激光进入所述的激光晶体的角度为45°。
3.根据权利要求1所述的包层掺杂的平板波导激光放大器，其特征在于所述的泵浦源(3)由多个半导体激光器或条形激光二极管阵列组成，沿所述的激光晶体的两个弧形侧面外均匀地设置。
4.根据权利要求1或2或3所述的包层掺杂的平板波导激光放大器，其特征是所述的激光晶体的另一端为放大激光输出端。
5.根据权利要求1或2或3所述的包层掺杂的平板波导激光放大器，其特征是所述的激光晶体的另一端上下对称地分设有第二全反射镜(9)和第三反射镜(10)，使放大激光返回所述的激光晶体，所述激光晶体的激光输入端也是放大激光的输出端。
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