CN100464470C - 双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器 - Google Patents

Abstract

一种双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，包括激光板条，其结构是以该激光板条为中心，在该激光板条的两大面分别贴设有板条冷却热沉，在该激光板条的两侧面向外同样依次是透镜导管和激光二极管阵列，所述的激光二极管阵列贴设在泵浦冷却热沉上，在所述的激光板条的一端是布儒斯特角等腰三角形棱镜，所述的激光板条的另一端是等腰直角三角形棱镜，在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的倒向波输出方向并垂直于该倒向波光束设有一平面反射镜，所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的底边上的高度h与所述的激光板条的宽度w满足下列关系式：0.49w＜h＜1.45w。本发明具有结构简单、紧凑、稳定性高的特点，容易实现大功率的激光输出。

Description

双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器

技术领域

本发明属于固体激光器件领域，具体涉及一种双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，采用两个三角形棱镜构成一个四程环形腔的双侧面泵浦板条固体激光器。

背景技术

20世纪80年代后期，随着激光二极管技术的重大突破，固体激光器得到强劲的发展，其应用领域不断地扩展。其中最为重要的是用激光二极管或激光二极管阵列泵浦固体激光器技术。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、结构紧凑、小型化的新型固体激光器。目前在空间通讯、光纤通信、大气研究、环境科学、医疗器械、光学图象处理、激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

与棒状增益介质相比，板条增益介质的冷却表面大，热负载能力优于棒。侧面泵浦是指泵浦光从侧面泵浦增益介质。侧面泵浦可以提供较大的泵浦功率密度，可以通过增加侧面泵浦激光二极管的密度或者增加泵浦长度来增加泵浦功率。但是由于泵浦光在晶体中是指数衰减的，所以侧面泵浦会引起板条增益介质在宽度方向上的增益不均匀，两侧的增益大于中心部分的增益，从而引起输出光束质量下降。为了提高泵浦光的利用效率、改善光束质量，国内采用的方法包括端面泵浦、角抽运等。但这些方法普遍存在泵浦光耦合结构复杂的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，该激光器应具有结构简单、紧凑、稳定性高的特点，并能有效地消除侧面泵浦引起的增益不均匀，得到较好光束质量的高功率激光输出。

本发明的技术解决方案是：

一种双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，包括一板条状激光增益介质，简称为激光板条，特征在于其结构是以该激光板条为中心，在该激光板条的两大面分别贴设有第一板条冷却热沉和第二板条冷却热沉，在该激光板条的两侧面向外分别依次是第一透镜导管和第一激光二极管阵列，第二透镜导管和第二激光二极管阵列，所述的第一激光二极管阵列贴设在第一泵浦冷却热沉上，第二激光二极管阵列贴设在第二泵浦冷却热沉上，在所述的激光板条的一端是布儒斯特角等腰三角形棱镜，该布儒斯特角等腰三角形棱镜的顶角棱正对所述的激光板条，所述的激光板条的另一端是等腰直角三角形棱镜，该等腰直角三角形棱镜的底边靠近所述的所述的激光板条，在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的倒向波输出方向并垂直于该倒向波光束设有一平面反射镜，或在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的倒向波输出方向有种子激光器和光隔离器。所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的底边上的高度h与所述的激光板条的宽度w满足下列关系式：0.49w<h<1.45w。此时，所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜和等腰直角三角形棱镜可以形成一个通过所述的激光板条的四程环形腔，并且激光板条宽度的利用率大于50％。

所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜是两底角都是布儒斯特角的等腰三角形棱镜，且底边的一半区域镀p波全反膜，另一半区域镀有一定透过率的p波高反膜，使产生振荡的正向波和倒向波在这个区域得到输出，并且使输出的激光为线偏振光。

本发明利用布儒斯特角等腰三角形棱镜对光束做两次非手性对称翻转，即光束中靠近激光板条中心的一侧，翻转后靠近激光板条的边缘；利用等腰直角三角形棱镜对光束做两次手性对称翻转，即光束中靠近激光板条中心的一侧，翻转后依然靠近激光板条中心；这两个棱镜构成一个四程的环形腔，能够抵消侧面泵浦所引起的增益不均匀。

所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的底边一半区域镀p波全反膜，另一半区域镀有一定透过率的p波高反膜，使产生振荡的正向波和倒向波在这个区域得到输出。同时也对s波进行抑制，得到线偏振的激光输出。

所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜的底边中心高度h与激光增益介质的宽度w之间最好满足如下关系式：h＝0.9703×w。可以充分地利用整个激光板条。

所述的平面镜将输出的倒向波沿原光路反射回激光板条，使该倒向波转变成正向波，从而实现对倒向波的抑制；

或者也可以去掉平面镜，在倒向波的输出光路上加入一个种子激光器和一个光隔离器，构成一个种子注入的环形腔激光器。

本发明具有以下优点：

1、采用的布儒斯特角等腰三角形棱镜对光束做两次非手性对称翻转，等腰直角三角形棱镜对光束做两次手性对称翻转，二者构成一个四程的环形腔，能够抵消侧面泵浦所引起的增益不均匀。

2、采用的布儒斯特角等腰三角形棱镜的底面一半区域镀p波全反膜。另一半区域镀有一定透过率的p波高反膜，产生振荡的正向波和倒向波都从该区域输出。这种设计使激光器的结构更加简单、紧凑。

3、在所采用的布儒斯特角等腰三角形棱镜中，激光都是沿布儒斯特角入射到两个斜面上，p波的透过率为100％，避免了两个斜面的镀膜问题，同时也能使s波得到抑制，另外由于底面的镀膜也是针对p波，所以最终可以得到线偏振的激光输出。

4、采用的等腰直角三角形棱镜具有自准直作用，能够提高谐振腔的稳定性。

5、采用的平面反射镜能够将输出的倒向波沿原光路反射回增益介质，变成正向波，对倒向波进行抑制，从而提高使输出的正向波能量。或者也可以去到平面镜，而在倒向波的输出光路上加入一个种子激光器和一个光隔离器，构成一个种子注入的环形腔激光器。

6、采用的环形腔结构，能够消除空间烧孔，从而得到大功率的激光输出。

以下结合附图与实施例对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

附图说明

图1为本发明双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器实施例1的正向波光路图。

图2为本发明双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器实施例2的光路图。

图3为本发明激光器较佳实施例的结构俯视剖面图。

图4为本发明激光器较佳实施例的结构主视剖面图。

具体实施方式

先请参阅图3和图4，由图可见，本发明双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，包括一激光板条1，其结构是以该激光板条1为中心，在该激光板条1的两大面分别贴设有第一板条冷却热沉11和第二板条冷却热沉12，在该激光板条1的两侧面向外分别依次是第一透镜导管7和第一激光二极管阵列5，第二透镜导管8和第二激光二极管阵列6，所述的第一激光二极管阵列5贴设在第一泵浦冷却热沉9上，第二激光二极管阵列6贴设在第二泵浦冷却热沉10上，在所述的激光板条1的一端是布儒斯特角等腰三角形棱镜2，该布儒斯特角等腰三角形棱镜2的顶角尖棱正对所述的激光板条1，所述的激光板条1的另一端是等腰直角三角形棱镜3，该等腰直角三角形棱镜3的底边靠近所述的所述的激光板条1，在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜2的倒向波输出方向并垂直于该倒向波光束设有一平面反射镜4。其光路示意图如图1所示。这是本发明实施例1的结构。

本发明的实施例2的结构与实施例1的区别就是：在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜2的倒向波输出方向设置种子激光器13和光隔离器14。其光路示意图如图2所示。

下面给出实施例1的较佳的具体参数：

激光板条1为Nd:YAG晶体，掺杂浓度0.8％，具体尺寸为：长1＝34mm、宽w＝10mm、厚d＝2mm。大面镀SiO₂膜，厚度为2—3个激光二极管发出的泵浦光波长，侧面镀808nm的增透膜，端面镀1064nm增透膜。

在激光板条1的上下面为第一板条冷却热沉11和第二板条冷却热沉12，是铜质热沉，该板条冷却热沉的前视和侧视截面为凸字形，突起部分大小与激光板条1的大面相同，该板条冷却热沉中间做成微通道，通水冷却(图中未示)。

固定在第一泵浦冷却热沉9上和第二泵浦冷却热沉10上的两个激光二极管阵列5、6的发光面为矩形，每个阵列由25个bar组成，中心波长808nm，以脉冲工作方式。

在激光二极管阵列5或激光二极管阵列6与激光板条1之间设有透镜导管7或透镜导管8。透镜导管如图4所示，透镜导管7和透镜导管8的形状是一横截面为一扇形的柱体，它把泵浦光的范围压缩到2mm×30mm，然后从侧面进入激光板条1。耦合效率大于80％。

布儒斯特角等腰三角形棱镜的横截面具体结构如图3所示。两底角都是布儒斯特角56.415°±30”，底面的一半镀1064nm、35.8度、p波全反膜，另一半区域镀1064nm、35.8度、p波透过率为30％的高反膜，底边上的高为9.7mm，高度10mm。

等腰直角三角形棱镜3的横截面的底边长30mm，高度10mm，底面镀1064nm增透膜。

平面反射镜直径20mm，镀1064nm高反膜。

综上所述，本发明具有结构简单、紧凑，稳定性好的特点，同时也容易得到较好光束质量的高功率激光输出。

Claims (3)

1.一种双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，包括一板条状激光增益介质，简称为激光板条(1)，特征在于其结构是以该激光板条(1)为中心，在该激光板条(1)的两大面分别贴设有第一板条冷却热沉(11)和第二板条冷却热沉(12)，在该激光板条(1)的两侧面向外分别依次是第一透镜导管(7)和第一激光二极管阵列(5)，第二透镜导管(8)和第二激光二极管阵列(6)，所述的第一激光二极管阵列(5)贴设在第一泵浦冷却热沉(9)上，第二激光二极管阵列(6)贴设在第二泵浦冷却热沉(10)上，在所述的激光板条(1)的一端是布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)，该布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)的顶角棱正对所述的激光板条(1)，所述的激光板条(1)的另一端是等腰直角三角形棱镜(3)，该等腰直角三角形棱镜(3)的底边靠近所述的所述的激光板条(1)，在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)的倒向波输出方向并垂直于该倒向波光束设有一平面反射镜(4)或在所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)的倒向波输出方向设置种子激光器(13)和光隔离器(14)，所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)的底边上的高度h与所述的激光板条(1)的宽度w满足下列关系式：

49w<h<1.45w。

2.根据权利要求1所述的双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，其特征在于所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)是两底角分别为布儒斯特角的等腰三角形棱镜，且底边的一半区域镀p波全反膜，另一半区域镀有一定透过率的p波高反膜，使产生振荡的正向波和倒向波在这个区域得到输出，并且使输出的激光为线偏振光。

3.根据权利要求1所述的双棱镜环形腔侧面泵浦板条固体激光器，其特征在于所述的布儒斯特角等腰三角形棱镜(2)的底边中心高度h与激光板条(1)的宽度w之间应该满足如下关系式：

h＝0.9703×w。

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