CN103633536B - 一种被动调q激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，公开了一种被动调Q激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和可饱和吸收体，泵浦源发出泵浦光经泵浦耦合系统进入激光增益介质，可饱和吸收体置于激光增益介质后面，所述激光增益介质为一喇叭状波导结构晶体，靠近可饱和吸收体一端为大端面。该激光器采用类波导结构的激光增益介质，将其产生的荧光尽可能多地反射到被动调Q晶体上，以降低泵浦阈值，同时提高被动调Q的激光脉冲频率和功率。

Description

一种被动调Q激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种被动调Q激光器。

背景技术

LD泵浦被动调Q激光器是获得高重复频率、大峰值功率、窄脉冲激光输出的重要技术。在中小功率固体激光器件中，被动调Q技术以其价格低廉、运转可靠和结构简单等优点而获得了广泛应用，其身影遍布了医疗、打标、光纤激光和测距等各个应用领域。随着激光设备逐渐向着小型化和便携式的方向发展，如手持式激光测距仪等设备，对其中的被动调Q激光器提出了新的要求，为增强设备在现场的持续工作能力，要求其中激光器的功耗尽量低，而为保证其较高的性能，又要求激光器的输出频率尽量高。从被动调Q的原理我们知道，对于一个确定的激光器这两个要求是互相矛盾的。一般人们是从两个方面进行平衡和优化激光器，一是开发性能更加优良的调Q晶体或激光介质；二是优化激光器参数，如晶体的掺杂浓度、饱和吸收体的初始透过率、介质长度等参数。这两种传统的解决思路皆有其优点和局限性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种新的解决思路，提供了一种结构简单的被动调Q激光器，既提高了重复频率，又降低了泵浦阈值。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种被动调Q激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和可饱和吸收体，泵浦源发出泵浦光经泵浦耦合系统进入激光增益介质，可饱和吸收体置于激光增益介质后面，所述激光增益介质为一喇叭状波导结构晶体，靠近可饱和吸收体一端为大端面。

进一步的，所述喇叭状波导结构晶体外侧面均镀有对激光增益介质吸收泵浦光而产生的荧光高反的介质膜。

进一步的，所述喇叭状波导结构晶体为圆形喇叭状、方形喇叭状或多边形喇叭状。

进一步的，所述喇叭状波导结构晶体外侧面均粘接有散热块。

进一步的，所述喇叭状波导结构晶体靠近泵浦耦合系统的一面镀有对泵浦光增透同时对工作激光高反的介质膜，靠近可饱和吸收体的大端面镀有对工作激光增透的介质膜；可饱和吸收体的出射端面镀有对工作激光部分反射的介质膜。

优选的，所述泵浦源为LD泵浦激光器。

优选的，所述泵浦耦合系统为耦合透镜。

本发明的有益效果为：采用类波导结构的激光增益介质，将其产生的荧光尽可能多地反射到被动调Q晶体上，以降低泵浦阈值，同时提高被动调Q的激光脉冲频率和功率。

附图说明

图1为现有技术典型LD端面泵浦被动调Q激光器结构示意图；

图2为本发明被动调Q激光器结构示意图一；

图3为本发明被动调Q激光器结构示意图二；

图4为本发明激光增益介质及散热块横截面示意图一；

图5为本发明激光增益介质及散热块横截面示意图二；

图6为本发明激光增益介质及散热块横截面示意图三。

附图标记：1、LD；2、耦合透镜；3、可饱和吸收体；4、激光增益介质；5、喇叭状波导结构晶体；6、散热块；S、外侧面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明突破惯性思维，从被动调Q基本原理出发，提出一种新的解决思路。如图1所示为典型的LD端面泵浦微片式被动调Q激光器，包括泵浦LD 1、耦合透镜2、激光增益介质4和可饱和吸收体3。基本工作原理为，LD 1发出的泵浦光经过耦合透镜2聚焦到激光增益介质4内，激光增益介质4吸收泵浦光进行储能，此时由于可饱和吸收体3的电子大多处于基态，吸收系数很大，激光腔处于低Q值（即高损耗）状态，不能形成激光振荡，因此，此时的激光增益介质4所进行的辐射跃迁是自发辐射跃迁，其发出的是荧光，可饱和吸收体3吸收此荧光使电子由基态跃迁到激发态。随着激光增益介质4储存能量的增多，其辐射的荧光也越多，可饱和吸收体3吸收大量的荧光使大部分电子处于激发态，从而使其对荧光的吸收系数变小，即所谓的“漂白”，此时激光腔处于高Q值（即低损耗）状态，产生激光震荡，激光增益介质4放出能量，激光器发出一个激光脉冲。可见，可饱和吸收体3是通过吸收激光增益介质4发出的荧光而“漂白”的。我们知道，自发辐射的荧光是没有方向性的，而且可饱和吸收体被“漂白”的仅是产生激光辐射的那一小部分，也就是说可饱和吸收体是吸收了很小一部分荧光而被“漂白”的，其它很大一部分荧光都被浪费掉了。所以，如果可饱和吸收体吸收了全部的荧光，那便可以在很低的泵浦能量下就能够被“漂白”，从而产生激光脉冲。当然，要让可饱和吸收体吸收全部的荧光是近乎不可能的，但是即使只多吸收一部分荧光，也可以在很大程度上降低泵浦阈值。所以，我们找到了一个改进被动调Q激光器的新思路，那就是增大荧光辐射的利用效率。这是基于这一思路，本发明提出了一种新的被动调Q激光器结构。

如图2所示为本发明的被动调Q激光器的一个实施例，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和可饱和吸收体3，其中泵浦源采用LD 1泵浦激光器，泵浦耦合系统为耦合透镜2，LD 1发出泵浦光经耦合透镜2进入激光增益介质，可饱和吸收体3置于激光增益介质后面，激光增益介质为一喇叭状波导结构晶体5，靠近可饱和吸收体3一端为大端面。其中，喇叭状波导结构晶体5靠近耦合透镜2的一面镀有对泵浦光增透同时对工作激光高反的介质膜，靠近可饱和吸收体3的大端面镀有对工作激光增透的介质膜；可饱和吸收体3的出射端面镀有对工作激光部分反射的介质膜，即喇叭状波导结构晶体5的小端面和可饱和吸收体3的出射端面构成激光谐振腔，可饱和吸收体3的出射端面为激光输出端。喇叭状波导结构晶体5吸收泵浦光进行储能，同时发出荧光，可饱和吸收体3吸收该荧光，使电子由基态跃迁到激发态。可饱和吸收体3吸收足够多的荧光以达到“漂白”状态，此时激光腔处于高Q值，即低损耗状态，产生激光振荡，喇叭状波导结构晶体5放出能量，激光器发出一个激光脉冲。激光增益介质采用喇叭状波导结构，且该喇叭状波导结构晶体5外侧面S均镀有对激光增益介质吸收泵浦光而产生的荧光高反的介质膜，该外侧面S构成的波导将迫使激光增益介质产生的荧光沿波导射向可饱和吸收体3，使可饱和吸收体3吸收的荧光通量增加，从而提高荧光的利用率，进而降低泵浦阈值，提高激光脉冲光功率。提高荧光的利用率，也可缩短可饱和吸收体的“漂白”时间，进而提高输出脉冲频率。

如图3所示，在图2的基础在喇叭状波导结构晶体5的外侧面S均粘接了散热块6，以有效减小热透镜效应，同时使整个激光腔成为一个规则的整体，便于安装和调试。其中，激光增益介质可以是如图4所示的方形喇叭状波导结构，也可以是圆形或多边形等喇叭状波导结构，如图5和6所示。

上述实施例中的泵浦源采用LD泵浦激光器，泵浦耦合系统采用耦合透镜。结构简单，可制成微片式被动调Q激光器。

该发明在不增加成本和设计复杂性的情况下，通过提高激光增益介质荧光的利用率，来降低被动调Q激光器的泵浦阈值，从而提高了其脉冲光功率和脉冲频率。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种被动调Q 激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和可饱和吸收体，泵浦源发出泵浦光经泵浦耦合系统进入激光增益介质，可饱和吸收体置于激光增益介质后面，其特征在于：所述激光增益介质为一喇叭状波导结构晶体，靠近可饱和吸收体一端为大端面；所述喇叭状波导结构晶体外侧面均粘接有散热块；所述喇叭状波导结构晶体靠近泵浦耦合系统的一面镀有对泵浦光增透同时对工作激光高反的介质膜，靠近可饱和吸收体的大端面镀有对工作激光增透的介质膜；可饱和吸收体的出射端面镀有对工作激光部分反射的介质膜。

2.如权利要求1 所述一种被动调Q 激光器，其特征在于：所述喇叭状波导结构晶体外侧面均镀有对激光增益介质吸收泵浦光而产生的荧光高反的介质膜。

3.如权利要求1 所述一种被动调Q 激光器，其特征在于：所述喇叭状波导结构晶体为圆形喇叭状或多边形喇叭状。

4.如权利要求1 所述一种被动调Q 激光器，其特征在于：所述泵浦源为LD 泵浦激光器。

5.如权利要求1 所述一种被动调Q 激光器，其特征在于：所述泵浦耦合系统为耦合透镜。