CN103427322A - 激光二极管泵浦多晶体调q激光器 - Google Patents
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Abstract
一种激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，包括：激光二极管、传能光纤、耦合系统、激光增益介质、Q开关、全反射镜和激光输出镜，上述激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成；激光二极管发出泵浦光经过传能光纤和耦合系统聚焦后传输到第一激光增益介质和第二激光增益介质中，并对上述两块激光增益介质进行泵浦，第一激光增益介质和第二激光增益介质产生自发辐射，通过全反射镜及激光输出镜的反馈及模式选择，形成受激发射，在Q开关的调制作用下，产生脉冲激光，并由输出镜输出。本发明既可以应用到要求低频、高峰值的情况，又可以应用在需要高重复频率、大脉冲宽度的场合，大大的拓展了激光器的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及激光器的技术领域，具体说是一种激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成，在不同的调制频率范围内都具有很好表现的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器。
背景技术
端泵激光器是目前工业上最为常用的一种激光器，其具有光束质量好、脉冲宽度短、峰值功率高、结构紧凑、稳定性好等优点，广泛应用于激光标记、硅片刻划、等领域，目前常用的端泵激光器分为Nd:YVO4和Nd:YAG两种，Nd:YVO4受激截面较大，增益高，转换效率高，但其上能级寿命较短，因此只有在Q开关调制频率较高的状态下，才能具有较高的效率，一般对于Nd:YVO4激光器只能工作在10kHz以上，才有较好的性能，当频率低于10kHz，由于两个脉冲之间的间隔时间较长，且Nd:YVO4的上能级寿命小于100μs，此时一部分泵浦能量以自发辐射的形式被浪费掉了，所以一般情况下Nd:YVO4激光器在低频工作时效率较低，例如对于一个连续输出10W的Nd:YVO4激光器，在调制频率为30kHz时输出的激光功率可以达到8W-9W，而在10kHz时输出的激光只有3W-4W，因此对于Nd:YVO4激光器只有工作在高频状态下才有优势，且在50kHz的高频工作下Nd:YVO4激光器的脉宽特性依然很好，能够获得小于20ns的脉冲宽度。而对于Nd:YAG激光器其上能级寿命较长，受激截面相对于Nd:YVO4较小，但Nd:YAG在低频工作下却有很好的性能，当调制频率较高时，脉冲宽度会明显增加，例如一台连续输出10W的Nd:YAG激光器，在重复频率为50kHz时，其脉宽将达到40ns左右，而在调制频率为10kHz时可以获得10ns左右的脉冲宽度。上述现有技术中的两种不同的激光器适用于不同的使用场合，也分别都具有不同的弱点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成，在不同的调制频率范围内都具有很好表现的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，包括：激光二极管、传能光纤、耦合系统、激光增益介质、Q开关、全反射镜和激光输出镜，上述激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成，在光路传导方向上，第一激光增益介质设置在第二激光增益介质之前；激光二极管发出泵浦光经过传能光纤和耦合系统聚焦后传输到第一激光增益介质和第二激光增益介质中，并对上述两块激光增益介质进行泵浦，第一激光增益介质和第二激光增益介质产生自发辐射，通过全反射镜及激光输出镜的反馈及模式选择，形成受激发射，在Q开关的调制作用下，产生脉冲激光，并由输出镜输出。
本发明还可采用以下技术方案：
所述的激光二极管的中心波长为808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm、940nm、976nm或912nm之中的任一种。
所述的第一激光增益介质的上能级寿命长且发射截面小。
构成第一激光增益介质的材料是Nd:YAG晶体、Nd:GGG晶体、Nd:YLF晶体、Yb:YAG晶体之中的任一种。
所述的第二激光增益介质的上能级寿命短且发射截面大。
构成第二激光增益介质的材料是Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LVO4晶体之中的任一种或以上至少两种晶体的键合及胶合晶体。
所述的Q开关为声光Q开关、电光Q开关或被动Q开关之中的任一种。
所述的第一激光增益介质的上能级寿命短且发射截面大，构成第一激光增益介质的材料是Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LVO4晶体之中的任一种；第二激光增益介质的上能级寿命长且发射截面小，构成第二激光增益介质的材料是Nd:YAG晶体、Nd:GGG晶体、Nd:YLF晶体、Yb:YAG晶体之中的任一种。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器中激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成，由于第一激光增益介质和第二激光增益介质在Q开关不同的调制频率范围内的性能表现不同，单独使用时要么低调制频率下性能表现良好，要么更适合较高的调制频率，因此将第一激光增益介质和第二激光增益介质结合，形成优势互补，使激光器在不同的调制频率范围内都具有很好的表现。本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器既可以应用到要求低频、高峰值的情况，又可以应用在需要高重复频率、大脉冲宽度的场合，大大的拓展了激光器的应用范围。
附图说明
图1是本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器的光路图；
图2是本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器在10kHz频率下的脉冲波形图；
图3是本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器在100kHz频率下的脉冲波形图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。
图1是本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器的光路图；图2是本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器在10kHz频率下的脉冲波形图；图3是本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器在100kHz频率下的脉冲波形图。
如图1至图3所示，本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，包括：激光二极管、传能光纤、耦合系统、激光增益介质、Q开关、全反射镜和激光输出镜，上述激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成，在光路传导方向上，第一激光增益介质设置在第二第二激光增益介质之前；激光二极管1发出泵浦光经过传能光纤2和耦合系统3聚焦后传输到第一激光增益介质5和第二激光增益介质6中，并对上述两块激光增益介质进行泵浦，第一激光增益介质5和第二激光增益介质6产生自发辐射，通过全反射镜4及激光输出镜8的反馈及模式选择，形成受激发射，在Q开关7的调制作用下，产生脉冲激光，并由输出镜8输出。
激光二极管1的中心波长为808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm、940nm、976nm或912nm之中的任一种。
第一激光增益介质5的上能级寿命长且发射截面小，构成第一激光增益介质5的材料是Nd:YAG晶体、Nd:GGG晶体、Nd:YLF晶体、Yb:YAG晶体之中的任一种。
第二激光增益介质6的上能级寿命短且发射截面大，构成第二激光增益介质6的材料是Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LVO4晶体之中的任一种。
Q开关7为声光Q开关、电光Q开关或被动Q开关之中的任一种。
第一激光增益介质和第二激光增益介质的设置位置或材质可以互换，上述两块激光增益材质互换后对激光器的性能不产生影响。因而可以使第一激光增益介质6的上能级寿命短且发射截面大，构成第一激光增益介质6的材料是Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LVO4晶体之中的任一种；第二激光增益介质5的上能级寿命长且发射截面小，构成第二激光增益介质5的材料是Nd:YAG晶体、Nd:GGG晶体、Nd:YLF晶体、Yb:YAG晶体之中的任一种。
在本发明的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器的实施例中，激光二极管1功率为30W，中心波长808nm，传能光纤2芯径为400μm，数值孔径0.22，发出泵浦光经过传能光纤2到达耦合系统3，耦合系统3为1∶1成像装置，将泵浦光聚焦到第一激光增益介质5和第二激光增益介质6中，第一激光增益介质5为Nd:YAG晶体，其规格为3x3x5，掺杂浓度0.5％，第二激光增益介质6为Nd:YVO4晶体，规格为3x3x4mm，掺杂浓度0.5％，对以上两块激光增益介质进行泵浦，第一激光增益介质和第二增益介质产生自发辐射，全反射镜4镀有1064nm高反和808nm的增透膜系，激光输出镜8镀有1064nm透过率35％的膜系，在全反射镜4以及激光输出镜8的反馈及模式选择作用下，形成受激发射，Q开关7的超声波频率为41MHz，射频功率20W，冷却方式为传导冷却，在Q开关7的调制作用下，产生脉冲激光，由输出镜8输出，由于第一激光增益介质5和第二激光增益介质6在Q开关不同的调制频率范围内的性能表现不同，单独使用时要么低调制频率下性能表现良好，要么更适合较高的调制频率，因此将第一激光增益介质5和第二激光增益介质6结合，形成优势互补，使激光器在不同的调制频率范围内都具有很好的表现。在10kHz到100kHz脉宽仅有10ns变化到25ns，相比于单独的Nd:YAG激光器在整个频率范围内具有很好的脉宽特性，加宽展了频率范围，输出功率在10kHz时为8.5W到100kHz时为12.4W，相比于单独的Nd:YVO4激光器，在较宽的频率范围内具有很好的功率特性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，包括：激光二极管、传能光纤、耦合系统、激光增益介质、Q开关、全反射镜和激光输出镜，其特征在于：上述激光增益介质由第一激光增益介质和第二激光增益介质构成，在光路传导方向上，第一激光增益介质设置在第二激光增益介质之前；激光二极管(1)发出泵浦光经过传能光纤(2)和耦合系统(3)聚焦后传输到第一激光增益介质(5)和第二激光增益介质(6)中，并对上述两块激光增益介质进行泵浦，第一激光增益介质(5)和第二激光增益介质(6)产生自发辐射，通过全反射镜(4)及激光输出镜(8)的反馈及模式选择，形成受激发射，在Q开关(7)的调制作用下，产生脉冲激光，并由输出镜(8)输出。
2.根据权利要求1所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：上述激光二极管(1)的中心波长为808nm、879nm、880nm、885nm、888nm、914nm、940nm、976nm或912nm之中的任一种。
3.根据权利要求1所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：第一激光增益介质(5)的上能级寿命长且发射截面小。
4.根据权利要求3所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：构成第一激光增益介质(5)的材料是Nd:YAG晶体、Nd:GGG晶体、Nd:YLF晶体、Yb:YAG晶体之中的任一种。
5.根据权利要求1或3所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：第二激光增益介质(6)的上能级寿命短且发射截面大。
6.根据权利要求5所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：构成第二激光增益介质(6)的材料是Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LVO4晶体之中的任一种。
7.根据权利要求1所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：Q开关(7)为声光Q开关、电光Q开关或被动Q开关之中的任一种。
8.根据权利要求1所述的激光二极管泵浦多晶体调Q激光器，其特征在于：第一激光增益介质(6)的上能级寿命短且发射截面大，构成第一激光增益介质(6)的材料是Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LVO4晶体之中的任一种；第二激光增益介质(5)的上能级寿命长且发射截面小，构成第二激光增益介质(5)的材料是Nd:YAG晶体、Nd:GGG晶体、Nd:YLF晶体、Yb:YAG晶体之中的任一种。
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