CN100405675C - 半导体单侧泵浦的固体板条激光器 - Google Patents

Abstract

一种半导体单侧泵浦的固体板条激光器，包括板条增益介质，特征在于其构成为：以所述的板条增益介质为中心，在该板条增益介质的长度方向分别是后腔镜和变反射率输出镜，在所述的板条增益介质一个侧面是半导体激光器阵列及其整形透镜，另一侧面贴设一角形反射器，在所述的板条增益介质上下两个大面贴设微通道冷却器。本发明激光器的谐振腔为混合腔，厚度方向为平平腔，水平方向采用变反射率正支非稳腔。本发明可以获得高光束质量高效率的激光输出，而且结构简单紧凑。

Description

半导体单侧泵浦的固体板条激光器

技术领域

本发明涉及一种全固态激光器，特别是一种半导体单侧泵浦的固体板条激光器。

背景技术

光束质量和效率是表征一台激光器性能的两个最重要的参数。影响固体激光器光束质量的一个重要因素是泵浦的不均匀。目前获得比较均匀的泵浦光分布主要有以下几种方法：

一)是采用半导体面泵浦的方式，面泵浦这种方式虽然可以获得比较均匀的泵浦光分布，但是通常为了保证一定效率，泵浦方向上板条的尺寸通常比较大，容易产生高阶模振荡，从而使光束质量下降。

二)泵浦光在晶体中沿“之”字形光路传播，这种情况寄生振荡比较严重，引起效率下降。

三)采取泵浦光与晶体成一定角度入射来获得比较均匀的泵浦光分布，比如角泵浦方式，或者盘片激光器中采用的倾斜泵浦的方式，但是要获得高功率输出，泵浦光的耦合系统比较复杂，而且加工要求比较高。

四)采用双侧泵浦是比较常用的泵浦方式，这种泵浦方式存在泵浦均匀性和泵浦效率的矛盾，即要获得均匀的泵浦光分布，要以牺牲泵浦效率为代价。

五)一种泵浦均匀性好而且泵浦效率高的泵浦方式是采用端面泵浦结构，但这种泵浦结构的泵浦光整形系统比较复杂。

总之，以上几种泵浦方式都难以在获得高光束质量的情况下获得高效率高功率输出，或者结构比较复杂，成本比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体单侧泵浦的固体板条激光器，它既能获得高光束质量激光输出，又能保持高效率，可以实现高功率输出；而且具有结构简单、紧凑和易实现的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种半导体单侧泵浦的固体板条激光器，包括板条增益介质，特征在于所述的激光器的构成为：以所述的板条增益介质为中心，在该板条增益介质的长度方向分别是后腔镜和变反射率输出镜，在所述的板条增益介质一个侧面是半导体激光器阵列及其整形透镜，另一侧面贴设一角形反射器，在所述的板条增益介质上下两个大面贴设微通道冷却器。

所述的板条增益介质是厚度小于2mm，截面的宽厚比大于2的激光晶体或激光玻璃板条。

所述的角形反射器截面为等腰三角形，顶角为锐角，两个大侧面和两个端面镀泵浦激光波长的全反膜。

所述的板条增益介质的长度方向由后腔镜和变反射率输出镜构成谐振腔，其厚度方向为平平腔，水平方向为变反射率正支非稳腔。

所述的变反射率输出镜的反射率在厚度方向上为一常数，宽度方向反射率分布为高斯或超高斯分布。

所述的半导体激光器阵列为单层线阵结构，或多层线阵结构。当所述的半导体激光器阵列为多层线阵结构时，则所述的整形透镜是会聚柱面透镜。

所述的半导体激光器阵列发出的光经所述的整形透镜后形成宽度小于或等于板条增益介质厚度的条形泵浦光。

所述的整形透镜为一柱面透镜。

半导体发出的光经过整形透镜后变成条形光，其宽度略小于等于晶体厚度。角反射器紧贴晶体另一侧放置，透射的光被角反射器反射回到晶体中。采用微通道冷却器对晶体的两个大面传导冷却。由于晶体很薄，在厚度方向上的光束质量可以接近衍射极限。晶体宽度比较大，容易产生高阶模振荡，我们采取变反射率镜来抑制高阶模的振荡。总的谐振腔腔形为混合腔，即厚度方向上为平平腔，水平方向上为正支非稳腔。

本发明的优点：

1、本发明中，采用角反射器比直接在晶体的另一侧镀反射膜获得的泵浦光分布更加均匀，泵浦光几乎全部被吸收，有利于提高光束质量和总体效率。

2、本发明中，采用微通道冷却器对板条两个大面进行传导冷却，这样散热效果好而且传导冷却方式使散热更均匀，也有利于提高激光器的光束质量。

3、采用混合谐振腔和变反射率输出镜相结合的方式，大大提高了激光器的光束质量。由于板条比较薄，厚度方向上采用平平腔即可达到较好的光束质量；在水平方向上我们采用正支非稳腔和变反射率输出镜来抑制高阶模的振荡，从而得到高光束质量的激光输出。

4、采用泵浦光方向、激光方向和冷却方向三者相互垂直的方式，这样把泵浦和冷却对输出激光的影响减到最小，也有利于提高光束质量。

5、这种方案可以通过增加晶体长度和半导体阵列的数量来获得大功率输出，而且同时保证好的光束质量和高效率。

附图说明

图1为本发明激光器结构的俯视图

图2为图1的AA视图

图3为本发明中角反射器的立体示意图

具体实施方式

下面结合实施例和附图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。

先请参阅图1、图2和图3，由图可见，本发明一种半导体单侧泵浦的固体板条激光器，包括板条增益介质4，以所述的板条增益介质4为中心，在该板条增益介质4的长度方向分别是后腔镜6和变反射率输出镜7，在所述的板条增益介质4一个侧面是半导体激光器阵列1及其整形透镜2，另一侧面贴设一角形反射器5，在所述的板条增益介质4上下两个大面贴设微通道冷却器3。

在本实施例中所述的板条增益介质4是厚度小于2mm，截面的宽厚比大于2的激光晶体板条。

所述的角形反射器5截面为等腰三角形，顶角为锐角，两个大侧面和两个端面镀泵浦激光波长的全反膜。

所述的板条增益介质4的长度方向分别是后腔镜6和变反射率输出镜7构成谐振腔，其厚度方向为平平腔，水平方向为变反射率正支非稳腔。

所述的变反射率输出镜7的反射率在厚度方向上为一常数，宽度方向反射率分布为高斯或超高斯分布。所述的半导体激光器阵列1为单层线阵结构。

所述的半导体激光器阵列1发出的光经所述的整形透镜2后形成宽度小于或等于板条增益介质4厚度的条形泵浦光。所述的整形透镜2为一柱面透镜。

一字排开的线阵半导体激光器1发出的泵浦光经过微柱透镜(2)整形，或者一字排开的多层结构的半导体激光器，每个线阵分别整形后，通过一大柱面镜压缩光束宽度，最后经过整形后的光束宽度略小于或等于增益介质4的厚度。进入增益介质4的光大多数未经增益介质4的上下壁反射直接通过增益介质4，少部分光被增益介质4上下壁反射，这部分光都符合全反射条件而不会损失掉。没有被完全吸收的泵浦光入射到角反射器5上，该角反射器5的两个大的侧面和两个端面镀泵浦光波长808nm的反射膜，该角反射器5的作用主要有2个：一是把这部分光反射回来以增加泵浦效率，二是把这部分光能量分布重新分配，以便在增益介质4中得到均匀的泵浦能分布。角反射器5要紧贴增益介质4的侧面，具体放置方式如图2所示。泵浦光采用微通道冷却器3对增益介质4的两个大面进行传导冷却，这样散热效果好，由于传导冷却比对流冷却更均匀，可以大大降低冷却不均匀对光束质量的影响。谐振腔采用由后腔镜6和变反射率输出镜7构成的混合腔，在板条增益介质4厚度方向上是平平腔，板条增益介质4水平方向上采用正支非稳腔，由于增益介质4板条比较薄，采用平平腔就可以获得接近衍射极限的激光输出，宽度方向上尺寸较大，容易产生高阶模振荡，采用正支非稳腔可以很好的抑止高阶模的振荡，而且腔长可以非常短，此外，采用变反射率输出镜7可以进一步提高输出激光的光束质量。经试用表明，本发明激光器能获得高光束质量激光输出，又能保持高效率，可以实现高功率输出；而且具有结构简单、紧凑的优点。

Claims (8)

1.一种半导体单侧泵浦的固体板条激光器，包括板条增益介质(4)，特征在于所述的激光器的构成为：以所述的板条增益介质(4)为中心，在该板条增益介质(4)的长度方向分别是后腔镜(6)和变反射率输出镜(7)，在所述的板条增益介质(4)一个侧面是半导体激光器阵列(1)及其整形透镜(2)，另一侧面贴设一角形反射器(5)，在所述的板条增益介质(4)上下两个大面贴设微通道冷却器(3)。

2.根据权利要求1所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的板条增益介质(4)是厚度小于2mm，截面的宽厚比大于2的激光晶体或激光玻璃板条。

3.根据权利要求1所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的角形反射器(5)截面为等腰三角形，顶角为锐角，两个大侧面和两个端面镀泵浦激光波长的全反膜。

4.根据权利要求1所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的板条增益介质(4)的长度方向由后腔镜(6)和变反射率输出镜(7)构成谐振腔，其厚度方向为平平腔，水平方向为变反射率正支非稳腔。

5.根据权利要求4所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的变反射率输出镜(7)的反射率在厚度方向上为一常数，宽度方向反射率分布为高斯或超高斯分布。

6.根据权利要求1所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的半导体激光器阵列(1)为单层线阵结构，或多层线阵结构。

7.根据权利要求1或6所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的半导体激光器阵列(1)发出的光经所述的整形透镜(2)后形成宽度小于或等于板条增益介质(4)厚度的条形泵浦光。

8.根据权利要求1至6任一项所述的半导体单侧泵浦的固体板条激光器，其特征在于所述的整形透镜(2)为一柱面透镜。

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