CN104269725B - 一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及碟片固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统，该系统包括第一离轴抛物面反射镜，第一直角反射镜组，其位于所述第一离轴抛物面反射镜的反射光路上；第一碟片激光晶体，置于第一离轴抛物面反射镜焦点处；球面反射镜，第二离轴抛物面反射镜，其与所述第一离轴抛物面反射镜相对于过所述球面镜球心的平面α对称设置；第二直角反射镜组，其位于所述第二离轴抛物面反射镜反射光路上；第二碟片激光晶体，其与所述第一碟片激光晶体相对于过所述球面镜球心的平面α对称设置；还公开了一种高功率碟片固体激光器，实现稳定的高能激光输出。

Description

一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及碟片固体激光器

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及碟片激光器。

背景技术

碟片固体激光器是一种高端的高功率固体激光器。它与传统固体激光器的本质区别就在于激光工作物质的形状，碟片激光器将传统的棒状晶体改为碟片状晶体。晶体的厚度为0.2mm～0.4mm，泵浦光从晶体正面入射，而冷却是在晶体背面实现，由于晶体很薄，径厚比较大，因此晶体冷却效果好，有利于获得高转换效率、高平均功率以及高光束质量的激光输出。

碟片激光器最大优点之一就是输出功率的可扩展性，具体表现在两个方面，一是在相同泵浦功率密度的条件下，输出功率与泵浦区域的面积成正比，故可通过增加泵浦光斑的面积来实现较高功率的激光输出；二是通过多碟片的串接可实现功率成倍增长，同时光束质量几乎保持不变。然而，由于放大的自发辐射效应(Amplified SpontaneousEmission,ASE)的限制，仅靠增加泵浦光斑面积的方法将无法获得更高功率激光能量的输出。因此，两种方式相比，通过多碟片串接技术，既能保证高的转换效率，也能进一步获得大的输出功率。

公开号为CN101414728A的专利文献公开了一种基于对称共轭双抛物面反射镜的泵浦光多程传输方案，实现泵浦光斑的多次传输，在获得较高泵浦光吸收效率的同时，提高系统的转换效率和平均功率。然而这种泵浦光多程传输系统存在的主要缺陷是：光斑在抛物面镜表面分布较为分散，抛物面有效面积利用率较低，抛物面反射镜受热不均匀，在高功率运行时面型畸变严重，从而导致通过抛物面反射镜会聚到碟片的泵浦光引起的碟片激光晶体的热畸变和热透镜效应相当严重，影响了系统的转换率，限制了输出激光质量的进一步提高。

公开号为CN103606810A的专利文献则针对上述泵浦光多程传输方案的缺陷或改进需求，提供了一种基于直角反射镜及共轭双抛物面反射镜的固体激光器多程传输系统，其目的在于分散泵浦光斑在抛物面镜上的分布，使之更为均匀。此方案在提高泵浦功率分布均匀的基础上，使得在同样抛物面口径的条件下，抛物面反射镜得到了充分的利用，解决上述方案泵浦次数有限，导致泵浦光的吸收效率不高、系统的转换效率较低的问题，从而提高输出激光的光束质量。然而上述两种泵浦光多程传输系统都只适用于单碟片激光腔，依然存在泵浦光吸收效率有限，大口径非球面抛物面镜加工难度较高的一系列问题。

多碟片串接技术是实现更高功率激光输出的主要方法之一，传统的方法主要是基于多个独立的单模块单元，通过谐振腔的串接技术实现多碟片的串接。在这种串接方案中，各个碟片的泵浦单元相对独立。依然存在上述所公开专利中泵浦次数有限，碟片晶体吸收泵浦光效率不高等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及固体激光器，其目的在于进一步提高泵浦光的利用率，同时达到减小离轴抛物面镜的口径和尺寸，减小加工难度，提升系统的运行稳定性和效率的目的。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统，该系统包括：

第一离轴抛物面反射镜、位于所述第一离轴抛物面反射镜的反射光路上的第一直角反射镜组、设置于所述第一离轴抛物面反射镜焦点处的第一碟片激光晶体、球面反射镜、与所述第一离轴抛物面反射镜相对于所述球面镜球心的平面α对称设置的第二离轴抛物面反射镜、位于所述第二离轴抛物面反射镜反射光路上的第二直角反射镜组以及与所述第一碟片激光晶体相对于所述球面镜球心的平面α对称设置的第二碟片激光晶体；

通过在所述球面反射镜光轴两侧的共轭成像设置实现所述第一碟片激光晶体和所述第二碟片激光晶体的串接；

所述第一碟片激光晶体反光面的法线、所述第二碟片激光晶体反光面的法线、所述第一离轴抛物面反射镜的光轴、第二离轴抛物面反射镜的光轴以及所述球面反射镜的光轴相互平行；

泵浦光平行于所述第一离轴抛物面反射镜的光轴入射到第一离轴抛物面反射镜，然后依次被所述第一碟片激光晶体、球面反射镜、第二碟片激光晶体、第二离轴抛物面反射镜反射并平行于所述第二离轴抛物面反射镜的光轴出射后被所述第二直角反射镜组反射，使得光斑在第二离轴抛物面反射镜上发生位移，此时在第二离轴抛物面反射镜上的两个光斑的相对偏移量为a，然后再依次经过第二碟片激光晶体、球面反射镜、第一碟片激光晶体及第一离轴抛物面反射镜反射，此时在第一离轴抛物面反射镜上的两光斑的相对偏移量也为a，经第一离轴抛物面反射镜反射的光线水平传输到第一直角反射镜组，这样便完成了泵浦光的一个来回，泵浦光经第一直角反射棱镜组实现a大小的偏移后再次水平反射回第一离轴抛物面反射镜，以这种方式，泵浦光多次经过碟片激光晶体，形成多次泵浦。

优选地，所述第一直角反射镜组包含至少一个直角反射棱镜，并且各个直角反射棱镜的斜面均朝向第一离轴抛物面反射镜的反射面，其相对位置可以根据需要灵活设定；

优选地，所述第二直角反射镜组包含至少一个直角反射棱镜，并且各个直角反射棱镜的斜面朝向第二离轴抛物面反射镜的反射面，其相对位置根据第一直角反射镜组的位置设定而定；

优选地，所述泵浦光多程传输系统，还包括泵浦光全反射镜，设置在所述第二离轴抛物面反射镜前方，使泵浦光依原光路返回形成第二多程传输。

优选地，所述泵浦光传输系统，包含两个直角反射镜组，每个直角反射镜组应分别包含一个以上的直角反射棱镜。

优选地，所述泵浦光多程传输系统，其直角反射棱镜也可以是两个构成直角的全反镜片。

优选地，所述泵浦光多程传输系统，用椭球面反射镜替换所述球面反射镜，并且所述椭球面反射镜的两个焦点位置分别与所述第一离轴抛物面反射镜的焦点以及所述第二离轴抛物面反射镜的焦点位置重合，利用椭球面反射镜两焦点的共轭成像实现所述第一碟片激光晶体和所述第二碟片激光晶体的串接。

按照本发明的另一方面，提供了一种双碟片串接的碟片固体激光器，包括所述的泵浦多程光传输系统和W型激光谐振腔，经准直的泵浦光进入泵浦光多程传输系统，所述多程传输系统中的碟片激光晶体经多次泵浦，产生的激光通过W型激光谐振腔进行振荡、放大，实现稳定的高能激光输出。

本发明提供的一种基于直角反射棱镜，离轴抛物面反射镜以及球面反射镜(或椭球面反射镜)构成的一种双碟片多程泵浦系统，此方案主要是将两个相同的激光碟片晶体放置在椭球面反射镜的两个焦点上，并且该焦点也是两个离轴抛物面反射镜的焦点，或者将两个相同的碟片晶体放置在球面反射镜光轴两侧，并且两个碟片晶体位于两个离轴抛物面反射镜的焦点，使得入射到第一离轴抛物面反射镜的准直泵浦光聚焦到第一个碟片激光晶体后未被吸收的泵浦光再成像到第二碟片晶体表面，由于第二碟片晶体放置在第二离轴抛物面发射镜的焦点上，因此泵浦光经第二碟片激光晶体反射后被第二离轴抛物面发射镜反射为平行光输出，此时通过直角反射棱镜平移光斑后使光线原路反射以实现多次泵浦。通过改变直角反射棱镜的分布及数量改变泵浦光斑在抛物面镜上的数量及分布，从而使得两个碟片晶体的泵浦光斑的尺寸相同，泵浦强度更为均匀，提高了泵浦光的吸收率。另一方面，本发明在实现泵浦光高效吸收的前提下，使得各个光学元件的尺寸大幅度的减小，同时实现两碟片的串接及泵浦光的均匀性，使得激光输出功率和光束质量进一步提高。

总体而言，该方案具有以下优点：

(1)此方案将两个相同的碟片晶体放置在椭球面反射镜的两个焦点上，并且该焦点也是两个离轴抛物面反射镜的焦点，或者将两个相同的碟片晶体放置在球面反射镜光轴两侧，并且两个碟片晶体位于两个离轴抛物面反射镜的焦点，即利用椭球面两焦点共轭成像或者球面镜的共轭成像的特点，实现离轴抛物面聚焦泵浦的两个碟片激光晶体在同一泵浦腔内的串接，相对于单碟片系统来说，明显增加了泵浦次数，提高了泵浦光的利用率。

(2)可以通过改变直角反射棱镜的位置及数量的设置来改变抛物面反射镜上的光斑位置及数量，从而尽可能地利用了离轴抛物面反射镜且尽可能地增加了泵浦光的反射次数，提高了泵浦光的利用率。

(3)本发明所提供的泵浦光多程传输系统中，无论是光学元件还是泵浦光路都对称设置，因此，碟片激光晶体上的光斑尺寸相同，利于两碟片激光晶体的串接。

(4)本发明所采用的抛物面反射镜片，球面或椭球面镜片的尺寸都是可以根据分布在其反射面上的光斑裁剪的，抛物面镜和球面镜尽量只保留对泵浦光会聚的有效部分，其余部分可以裁减掉，一方面可以给激光谐振腔留出足够的空间，另一方面可以减少材料降低成本，从而也使得整个系统重量减轻，体积减小，且减少成本。

附图说明

图1是实施例1的泵浦光多程传输系统及碟片固体激光器结构示意图；

图2是实施例1泵浦光路正视图；

图3是实施例1泵浦光路俯视图；

图4是实施例1中抛物面反射镜上光斑移动示意图；

图5是实施例2的泵浦光多程传输系统及激光器结构示意图；

图6是实施例2泵浦光路正视图；

图7是实施例2泵浦光路俯视图；

图8是实施例2中抛物面反射镜上光斑移动示意图；

图9是实施例3的泵浦光多程传输系统及激光器结构示意图；

图10是实施例3泵浦光路正视图；

图11是实施例3泵浦光路俯视图；

图12是实施例3中抛物面反射镜上光斑移动示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为第一离轴抛物面反射镜，2为第二离轴抛物面反射镜，3为第一直角反射棱镜，4为第二直角反射棱镜，5为第三直角反射棱镜，6为第四直角反射棱镜，7为第一碟片激光晶体，8为第二碟片激光晶体，9为球面反射镜，10为泵浦光全反镜，11为泵浦光源，12为泵浦光准直镜，13为泵浦光，14为激光输出镜，15为激光全反镜，16为激光，17为椭球面反射镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一个方面提供的一种泵浦光多程传输系统，包括第一、第二离轴抛物面反射镜，第一、第二直角反射镜组，其中第一、第二直角反射镜组均包含有一个以上的直角反射棱镜，球面或椭球面反射镜，第一、第二碟片激光晶体。

所述第一离轴抛物面反射镜1，第一碟片激光晶体7与第二离轴抛物面反射镜2，第二碟片激光晶体8分别关于同一平面α对称设置，平面α过球面镜9的球心且将球面镜9分为形状相同位置对称的两部分，即球面镜的对称面。所述第一、第二离轴抛物面反射镜表面均镀有对泵浦光13的高反射膜，两抛物面镜形状尺寸完全相同。第一碟片激光晶体7位于第一离轴抛物面反射镜1的焦点，第二碟片激光晶体8位于第二离轴抛物面反射镜2的焦点，碟片激光晶体反光面的法线、第一离轴抛物面反射镜1的光轴、第二离轴抛物面反射镜2的光轴以及球面反射镜9的光轴相互平行。碟片激光晶体厚度为0.2mm～0.4mm,碟片激光晶体的材料可为Yb:YAG或者Nd:YAG等激光材料。碟片激光晶体远离泵浦光多程传输系统的一面为后面，靠近泵浦光多程传输系统的一面为前面，其后面镀有对泵浦光和输出激光高反的膜层即反光膜，前面镀有对泵浦光和输出激光高透的膜层即高透膜。所述第一直角反射镜组的斜面朝向第一离轴抛物面反射镜1的反射面，直角反射镜的设置用来实现对入射光的横向偏移后180度反射，偏移量为a，第二直角反射镜组的直角反射棱镜的位置要根据第一直角反射镜组的位置而定。直角反射棱镜也可以是两个构成直角的全反镜片组成，反射面同样镀泵浦光全反膜，对未吸收完的泵浦光进行一定量的横向偏移后平行反射作用，被直角反射棱镜反射的泵浦光再次回到系统中对碟片进行泵浦，从而提高了泵浦光的反射次数，对碟片激光晶体的泵浦次数也得到了大幅的提高。由于泵浦光产生了平移，抛物面反射镜上的光斑和球面镜上的光斑被分散显著削减了热畸变和热透镜效应。泵浦光平行于所述第一离轴抛物面反射镜1的光轴入射到第一离轴抛物面反射镜1，然后依次被所述第一碟片激光晶体7、球面镜9、第二碟片激光晶体8、第二离轴抛物面反射镜2反射并平行于所述第二抛物面反射镜2的光轴出射后被所述第二直角反射镜组反射，使得反射回的泵浦光的光斑在第二离轴抛物面反射镜2上发生位移，偏移量为a，然后再经过第二碟片激光晶体8、球面反射镜9、第一碟片晶体7以及第一离轴抛物面反射镜1反射，反射回第一离轴抛物面反射镜1的泵浦光的光斑相对于入射光斑也发生了大小为a的偏移，此时被第一离轴抛物面反射镜1反射的光线水平传输到第一直角反射镜组，这样泵浦光就完成了一个来回，泵浦光经第一直角反射棱镜组实现a大小的偏移后再次水平反射回第一离轴抛物面反射镜1，以这种方式，泵浦光多次经过碟片激光晶体，形成多次泵浦。

优选方案，在第二离轴抛物面反射镜2的前方设置泵浦光全反镜，将最终未吸收完的泵浦光沿原光路返回，从而实现泵浦次数的翻倍。

应用本发明提供的多程传输系统的碟片固体激光器，包括所述泵浦光多程传输系统和W型激光谐振腔。经准直的泵浦光经泵浦光入射孔进入泵浦光多程传输系统，所述多程传输系统中的碟片激光晶体经多次泵浦，产生的激光通过W型激光谐振腔进行振荡、放大，实现稳定的高能激光输出。W型谐振腔由激光全反镜和激光输出镜组成，其中激光全反镜反射面可镀有激光全反膜，激光输出镜反射面可镀有激光半透半反膜。

以下为实施例：

实施例1

如图1所示，第一离轴抛物面反射镜1、第一碟片激光晶体7与第二离轴抛物面反射镜2、第二碟片激光晶体8分别关于同一平面α对称设置，平面α过球面反射镜9的球心且将球面镜分为形状相同位置对称的两部分，即球面镜的对称面。第一碟片激光晶体7位于第一离轴抛物面镜1的焦点，第二碟片激光晶体8位于第二离轴抛物面镜2的焦点，第一碟片激光晶体7与第二碟片激光晶体8反光面的法线、所述第一离轴抛物面反射镜1、第二离轴抛物面反射镜2的光轴以及球面反射镜9的光轴相互平行。第一直角反射镜组包含第一、第二直角反射棱镜，且第一直角反射棱镜3和第二直角反射棱镜4的斜面均朝向第一离轴抛物面反射镜1的反射面，第一直角反射棱镜3与第二直角反射棱镜4的直角面的中心在第一离轴抛物面反射镜1后表面的投影和入射光斑在第一离轴抛物面反射镜1后表面上的投影位于同一直线，第一离轴抛物面镜后表面是垂直于平面α的平面，第二直角反射镜组包含第三、第四直角反射棱镜，第三直角反射棱镜5与第四直角反射棱镜6的直角面的中心在第二离轴抛物面反射镜2后表面的投影和泵浦光全反镜10的中心在第二离轴抛物面反射镜2后表面上的投影位于同一直线，直角反射镜的设置用来实现对入射光的横向偏移后180度反射，横向偏移量为a。

如图2所示的泵浦光路正视图，泵浦光13经准直后水平传输到第一离轴抛物面反射镜1表面，被反射后聚焦到焦点处即第一碟片激光晶体7，实现对第一碟片激光晶体7的第一次泵浦，第一碟片激光晶体7的前、后表面分别镀有对泵浦光高透和高反的薄膜，所以泵浦光穿过第一碟片激光晶体7后被其后表面所反射，未被吸收的泵浦光反射后传输到球面反射镜9的表面，经球面反射镜9反射后会聚到第二碟片激光晶体8，即第二离轴抛物面反射镜2的焦点处，实现对第二碟片激光晶体8的第一次泵浦，接着，传输到第二离轴抛物面反射镜2的光束被反射后水平传输到第三直角反射棱镜5，如图3所示，泵浦光经第三直角反射棱镜5反射后实现横向a大小的偏移后平行反射回第二离轴抛物面反射镜2上，经第二离轴抛物面反射镜2镜聚焦到第二碟片激光晶体8，第二碟片激光晶体8将泵浦光反射到球面反射镜9，球面反射镜9将泵浦光会聚到第一碟片激光晶体7，即第一离轴抛物面反射镜1的焦点，反射到第一离轴抛物面镜1的泵浦光的光斑相对于入射光斑实现了横向a大小的偏移，被第一离轴抛物面反射镜1反射后水平传输到第一直角反射棱镜3，这样便完成了一次泵浦光的来回，泵浦光经第一直角反射棱镜3实现a大小的偏移后再次水平反射回第一离轴抛物面反射镜1，偏移量a的大小由直角反射棱镜决定，然后开始进行下一个来回，泵浦光的每一个来回都使得第一、第二离轴抛物面反射镜上的光斑实现偏移量为a的大小的横向偏移。经平移的泵浦光进行多个来回后，平行入射到泵浦光全反镜10时，剩余未被吸收的泵浦光被泵浦光全反镜10反射原光路返回，使得泵浦次数翻倍。

为了更为清楚描述光斑在该传输系统的传输特性，图4将第一离轴抛物面反射镜1和第二离轴抛物面反射镜2及球面反射镜9表面的泵浦光斑进行编号来描述光线传输的方向和顺序，具体描述如下：k→7→j→8→a→b→8→i→7→l→m→7→h→8→c→d→8→g→7→n→o→7→f→8→e→泵浦光全反镜10→e→8→…(原路返回)。在一定口径的该泵浦光多程传输系统中，通过合理的设置直角反射棱镜的数量和位置，可以实现泵浦光多次经过碟片激光晶体，在本例中实现泵浦光经过每一个碟片激光晶体的次数为5*2＝10次，由于泵浦光经过碟片激光晶体内部时被后表面镀的全反膜反射，泵浦光在晶体内部渡越了2次，因此对碟片激光晶体的泵浦次数高达10*2＝20次，由于该系统实现了双碟片的串接，那么泵浦光在一次循环中在碟片激光晶体内渡越的总次数为20*2＝40次，由此可见，相对于单碟片激光器来说，泵浦光在碟片晶体内的渡越次数大大增加了，从而提高了泵浦光的利用率。应用所述多程传输系统的碟片固体激光器，如图1所示，双碟片串接固体激光器的W型谐振腔由第一碟片激光晶体7，第二碟片激光晶体8以及激光全反镜15和激光输出镜14组成，其中激光全反镜15表面镀激光全反膜，激光输出镜14为激光半反镜，其表面镀激光半透半反膜，用于激光的输出。

实施例1利用直角反射棱镜，离轴抛物面反射镜以及球面镜的对称设置实现泵浦光多程反射，并利用球面镜的共轭成像的特点，实现离轴抛物面聚焦泵浦的两个碟片激光晶体在同一泵浦腔内的串接，相对于单碟片系统来说，明显增加了泵浦次数，提高了泵浦光的利用率同时也提高了抛物面反射镜的利用率。

实施例2

泵浦光多程传输系统，如图5所示，第一离轴抛物面反射镜1，,第一碟片激光晶体7与第二离轴抛物面反射镜2，第二碟片激光晶体8分别关于同一平面α对称设置,平面α过球面反射镜9的球心且将球面镜分为形状相同位置对称的两部分，即球面镜的对称面。第一碟片激光晶体7位于第一离轴抛物面镜1的焦点，第二碟片激光晶体8位于第二离轴抛物面镜2的焦点，第一、第二碟片激光晶体7,8反光面的法线平行于所述第一、第二离轴抛物面反射镜及球面反射镜的光轴。第一直角反射镜组只包含第一直角反射棱镜3，第一直角反射棱镜3的斜面朝向第一离轴抛物面反射镜1的反射面，第一直角反射棱镜3两直角面的中心和入射光斑在第一离轴抛物面反射镜1后表面上的投影位于同一弧线，第一离轴抛物面反射镜后表面是垂直于α的平面，第二直角反射镜组只包含第三直角反射棱镜5，第三直角反射棱镜5两直角面的中心和泵浦光全反镜10的中心在第二离轴抛物面反射镜2后表面上的投影也为一条弧线，直角反射棱镜的设置用来实现对入射光的横向偏移后180度反射，偏移量为a。

如图6所示的泵浦光路正视图，泵浦光经准直后水平传输到第一离轴抛物面反射镜1表面，被反射后聚焦到焦点处即第一碟片激光晶体7，实现对第一碟片激光晶体7的第一次泵浦，第一碟片激光晶体7的前、后表面分别镀有对泵浦光高透和高反的薄膜，所以泵浦光穿过第一碟片激光晶体7后被其后表面所反射，未被吸收的泵浦光反射后传输到球面反射镜9的表面，经球面反射镜9反射后会聚到第二碟片激光晶体8即第二离轴抛物面反射镜2的焦点处，实现对第二碟片激光晶体8的第一次泵浦，接着，传输到第二离轴抛物面反射镜2的光束被反射后水平传输到第三直角反射棱镜5。如图7所示，泵浦光经第三直角反射棱镜5反射后实现横向a大小的偏移后平行反射回第二离轴抛物面反射镜2上，经第二离轴抛物面反射2镜聚焦到第二碟片激光晶体8，第二碟片激光晶体8将泵浦光反射到球面反射镜9，球面反射镜9将泵浦光会聚到第一碟片激光晶体7，即第一离轴抛物面反射镜1的焦点，反射到第一离轴抛物面镜1的泵浦光的光斑相对于入射光斑实现了横向a大小的偏移，被第一离轴抛物面反射镜1反射后水平传输到第一直角反射棱镜3，这样便完成了一次泵浦光的来回，泵浦光经第一直角反射棱镜3实现a大小的偏移后再次水平反射回第一离轴抛物面反射镜1，偏移量a的大小由直角反射棱镜的参数决定，然后开始进行下一个来回。经平移的泵浦光进行多次反射后，平行入射到泵浦光全反镜10时，剩余未被吸收的泵浦光被泵浦光全反镜10反射原光路返回，使得泵浦次数翻倍。

为了更为清楚描述光斑在该传输系统的传输特性，图8将离轴抛物面反射镜1和2及球面反射镜9表面的泵浦光斑进行编号来描述光线传输的方向和顺序，具体描述如下：d→7→i→8→a→b→8→h→7→e→f→7→g→8→c→泵浦光全反镜10→c→8→(原路返回)。相对于实例1来说，实例2的直角反射棱镜的数量由4个变为2个，放置方式由直线变成了弧线，因此离轴抛物面反射镜与球面镜上的光斑的数量和排列方式也随之改变了，在本例中实现泵浦光经过每一个碟片激光晶体的次数为3*2*2＝12次，显然，本实例中，通过合理增加直角反射镜的数量可以实现泵浦光更多次经过碟片激光晶体，例如，在两个离轴抛物面反射镜前方各增加一个直角反射棱镜时，每一个碟片激光晶体被泵浦的次数就变为5*2*2＝20；如果在两个抛物面镜前方各增设两个直角反射棱镜时，每一个碟片激光晶体被泵浦的次数就变为7*2*2＝28次，那么，在这种情况下，泵浦光在两个碟片晶体中渡越的总次数就为28*2＝56次，相对于单碟片泵浦系统来说，泵浦光渡越的次数明显增加了，从而提高了泵浦光的利用率，显然，直角反射棱镜的数量会受到离轴抛物面反射镜和球面镜尺寸的限制，离轴抛物面镜和球面镜尽量只保留对泵浦光会聚的有效部分，一方面可以给激光谐振腔留出足够的空间，另一方面可以减少材料降低成本。

应用所述多程传输系统的碟片固体激光器，如图1所示，碟片激光器的W型谐振腔由第一、第二碟片激光器7、8以及激光全反镜和激光输出镜组成，其中15为激光全反镜，表面镀激光全反膜，14为激光半反镜，表面镀激光半透半反膜，用于激光的输出。

实施例2同样利用直角反射棱镜，离轴抛物面镜以及球面镜的对称设置实现泵浦光多程反射，并利用球面镜的共轭成像的特点，实现离轴抛物面聚焦泵浦的两个碟片激光晶体在同一泵浦腔内的串接，相对于单碟片系统来说，明显增加了泵浦次数，提高了泵浦光的利用率同时也提高了抛物面反射镜的利用率。

实施例3

如图9所示，第一离轴抛物面反射镜1、第一碟片激光晶体7与第二抛物面反射镜2、第二碟片激光晶体8分别关于同一平面α对称设置，平面α过椭球面反射镜17的球心且将椭球面镜分为形状相同位置对称的两部分，即椭球面镜的对称面。第一碟片激光晶体7位于第一离轴抛物面镜1的焦点，同时也位于椭球面反射镜的其中一个焦点，第二碟片激光晶体8位于第二离轴抛物面镜2的焦点，同时也是椭球面反射镜的另一个焦点，第一碟片激光晶体7与第二碟片激光晶体8反光面的法线、所述第一离轴抛物面反射镜1、第二离轴抛物面反射镜2的光轴以及椭球面反射镜17的光轴相互平行。第一直角反射镜组包含第一、第二直角反射棱镜，且第一直角反射棱镜3和第二直角反射棱镜4的斜面朝向第一离轴抛物面反射镜1的反射面，第一直角反射棱镜3与第二直角反射棱镜4的直角面的中心在第一离轴抛物面反射镜1后表面的投影和入射光斑在第一离轴抛物面反射镜1后表面上的投影位于同一直线，第一离轴抛物镜后表面是垂直于平面α的平面，第二直角反射镜组包含第三、第四直角反射棱镜，第三直角反射棱镜5与第四直角反射棱镜6的直角面的中心在第二离轴抛物面反射镜2后表面的投影和泵浦光全反镜10的中心在第二离轴抛物面反射镜2后表面上的投影位于同一直线，直角反射镜的设置用来实现对入射光的横向偏移后180度反射，横向偏移量为a。

如图10所示的泵浦光路正视图，泵浦光13经准直后水平传输到第一离轴抛物面反射镜1表面，被反射后聚焦到焦点处即第一碟片激光晶体7，第一碟片激光晶体7同时也位于椭球面反射镜的其中一个焦点，实现对第一碟片激光晶体7的第一次泵浦，第一碟片激光晶体7的前、后表面分别镀有对泵浦光高透和高反的薄膜，所以泵浦光穿过第一碟片激光晶体7后被其后表面所反射，未被吸收的泵浦光反射后传输到椭球面反射镜17的表面，经椭球面反射镜17反射后会聚到第二碟片激光晶体8，即第二离轴抛物面反射镜2的焦点处同时也是椭球面反射镜的另一个焦点，实现对第二碟片激光晶体8的第一次泵浦，接着，传输到第二离轴抛物面反射镜2的光束被反射后水平传输到第三直角反射棱镜5，如图11所示，泵浦光经第三直角反射棱镜反射后实现横向a大小的偏移后平行反射回第二离轴抛物面反射镜2上，经第二离轴抛物面反射镜2镜聚焦到第二碟片激光晶体8，第二碟片激光晶体8将泵浦光反射到椭球面反射镜17，椭球面反射镜17将泵浦光会聚到第一碟片激光晶体7，即第一离轴抛物面反射镜1的焦点，反射到第一离轴抛物面镜1的泵浦光的光斑相对于入射光斑实现了横向a大小的偏移，被第一离轴抛物面反射镜1反射后水平传输到第一直角反射棱镜3，这样便完成了一次泵浦光的来回，泵浦光经第一直角反射棱镜3实现a大小的偏移后再次水平反射回第一离轴抛物面反射镜1，偏移量a的大小由直角反射棱镜决定，然后开始进行下一个来回，泵浦光的每一个来回都使得第一、第二离轴抛物面反射镜上的光斑实现偏移量为a的大小的横向偏移。经平移的泵浦光进行多个来回后，平行入射到泵浦光全反镜10时，剩余未被吸收的泵浦光被泵浦光全反镜10反射原光路返回，使得泵浦次数翻倍。

为了更为清楚描述光斑在该传输系统的传输特性，图12将第一离轴抛物面反射镜1和第二离轴抛物面反射镜2及椭球面反射镜17表面的泵浦光斑进行编号来描述光线传输的方向和顺序，具体描述如下：k→7→j→8→a→b→8→i→7→l→m→7→h→8→c→d→8→g→7→n→o→7→f→8→e→泵浦光全反镜10→e→8→…(原路返回)。在一定口径的该泵浦光多程传输系统中，通过合理的设置直角反射棱镜的数量和位置，可以实现泵浦光多次经过碟片激光晶体，在本例中实现泵浦光经过每一个碟片激光晶体的次数为5*2＝10次，由于泵浦光经过碟片激光晶体内部时被后表面镀的全反膜反射，泵浦光在晶体内部渡越了2次，因此对碟片激光晶体的泵浦次数高达10*2＝20次，由于该系统实现了双碟片的串接，那么泵浦光在一次循环中在碟片激光晶体内渡越的总次数为20*2＝40次，由此可见，相对于单碟片激光器来说，泵浦光在碟片晶体内的渡越次数大大增加了，从而提高了泵浦光的利用率。

应用所述多程传输系统的碟片固体激光器，如图9所示，双碟片串接固体激光器的W型谐振腔由第一碟片激光晶体7，第二碟片激光晶体8以及激光全反镜15和激光输出镜14组成，其中激光全反镜15表面镀激光全反膜，激光输出镜14为激光半反镜，其表面镀激光半透半反膜，用于激光的输出。

实施例3利用直角反射棱镜，离轴抛物面反射镜以及椭球面镜的对称设置实现泵浦光多程反射，并利用椭球面镜两焦点的共轭成像的特点，实现离轴抛物面聚焦泵浦的两个碟片激光晶体在同一泵浦腔内的串接，相对于单碟片系统来说，明显增加了泵浦次数，提高了泵浦光的利用率同时也提高了抛物面反射镜的利用率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统，其特征在于，该系统包括：

第一离轴抛物面反射镜(1)、

位于所述第一离轴抛物面反射镜(1)的反射光路上的第一直角反射镜组、设置于所述第一离轴抛物面反射镜(1)焦点处的第一碟片激光晶体(7)、球面反射镜(9)、与所述第一离轴抛物面反射镜(1)相对于所述球面反射镜(9)球心的平面α对称设置的第二离轴抛物面反射镜(2)、位于所述第二离轴抛物面反射镜(2)反射光路上的第二直角反射镜组以及与所述第一碟片激光晶体(7)相对于所述球面反射镜(9)球心的平面α对称设置的第二碟片激光晶体(8)；

通过在所述球面反射镜(9)光轴两侧的共轭成像设置实现所述第一碟片激光晶体(7)和所述第二碟片激光晶体(8)的串接；

所述第一碟片激光晶体(7)反光面的法线、所述第二碟片激光晶体(8)反光面的法线、所述第一离轴抛物面反射镜(1)的光轴、第二离轴抛物面反射镜(2)的光轴以及所述球面反射镜(9)的光轴相互平行；

泵浦光平行于所述第一离轴抛物面反射镜(1)的光轴入射到第一离轴抛物面反射镜(1)，然后依次被所述第一碟片激光晶体(7)、球面反射镜(9)、第二碟片激光晶体(8)、第二离轴抛物面反射镜(2)反射并平行于所述第二离轴抛物面反射镜(2)的光轴出射后被所述第二直角反射镜组反射，使得光斑在第二离轴抛物面反射镜(2)上发生位移，此时在第二离轴抛物面反射镜(2)上的两光斑的相对偏移量为a,然后再依次经过第二碟片激光晶体(8)、球面反射镜(9)、第一碟片激光晶体(7)及第一离轴抛物面反射镜(1)反射，此时在第一离轴抛物面反射镜(1)上的两光斑的相对偏移量为a，经第一离轴抛物面反射镜(1)反射的光线水平传输到第一直角反射镜组，这样便完成了泵浦光的一个来回，泵浦光经第一直角反射镜组实现a大小的偏移量后再次水平反射回第一离轴抛物面反射镜(1)，以这种方式，泵浦光多次经过碟片激光晶体，形成多次泵浦。

2.如权利要求1所述的泵浦光多程传输系统，其特征在于，所述第一直角反射镜组包含至少一个直角反射棱镜，并且各个直角反射棱镜的斜面均朝向第一离轴抛物面反射镜(1)的反射面。

3.如权利要求1或2所述的泵浦光多程传输系统，其特征在于，所述第二直角反射镜组包含至少一个直角反射棱镜，并且各个直角反射棱镜的斜面朝向第二离轴抛物面反射镜(2)的反射面。

4.如权利要求2所述的泵浦光多程传输系统，其特征在于，所述直角反射棱镜是两个构成直角的全反镜片。

5.如权利要求1、2或4所述的泵浦光多程传输系统，其特征在于，所述第一离轴抛物面反射镜(1)和所述第二离轴抛物面反射镜(2)表面均镀有对泵浦光反射的高反射膜。

6.如权利要求1、2或4所述的泵浦光多程传输系统，其特征在于，还包括泵浦光全反镜(10)，其设置在所述第二离轴抛物面反射镜(2)的前方，使泵浦光依原光路返回形成第二多程传输。

7.如权利要求1、2或4所述的泵浦光多程传输系统，其特征在于，用椭球面反射镜(17)替换所述球面反射镜(9)，并且所述椭球面反射镜的两个焦点位置分别与所述第一离轴抛物面反射镜(1)的焦点以及所述第二离轴抛物面反射镜(2)的焦点位置重合。