CN105186276B - 一种垂直偏振输出脉冲固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体泵浦垂直偏振输出脉冲固体激光器，它能在保证激光光束质量的情况下大幅度提高激光脉冲重复频率。其技术方案是：设计特殊的激光谐振腔，使得互相垂直的偏振激光都能够在谐振腔中振荡起振，实现相互垂直的偏振激光同时输出，避免了脉冲固体激光器高功率工作情况下的热退偏效应的影响；另外采用半导体激光泵浦，减少了激光工作中的废热总量，减少了热透镜效应的影响。本发明与偏振输出的脉冲固体激光器相比，激光转换效率更高，光束质量更好，脉冲重复频率更高，可用于光电对抗、光声探伤以及特定材料的切割打标等领域。

Description

一种垂直偏振输出脉冲固体激光器

技术领域

本发明涉及一种半导体泵浦垂直偏振输出脉冲固体激光器。

背景技术

Nd：YAG脉冲固体激光器在激光测距、激光照射等领域得到广泛的应用，此类激光器大都工作在50Hz重频以内，脉冲能量1J以内，但随着脉冲重复频率的提高，传统设计的此类激光器因为热致退偏效应的影响，光束质量会急剧下降，本发明设计的特殊谐振腔结构在保证激光光束质量和转换效率的情况下，大幅提高脉冲激光重复频率，可实现脉冲固体激光器100Hz以上高光束质量激光输出，为此类的激光器高重复频率的应用提供了高光束质量激光器解决方案。

发明内容

本发明的目的是：在保证激光光束质量和转换效率的情况下，大幅提高脉冲激光重复频率，实现脉冲固体激光器100Hz以上高光束质量工作。

为了实现脉冲固体激光器的更高重频的高光束质量输出，本发明采用一种崭新的谐振腔结构，使得互相垂直的偏振激光都能够在谐振腔中振荡起振，实现相互垂直的偏振激光同时输出，避免了脉冲固体激光器高功率工作情况下的热退偏效应的影响；另外采用半导体激光泵浦减少了激光工作中的废热总量，减少了热透镜效应的影响，实现脉冲固体激光器100Hz以上高光束质量工作。

该激光器由激光器机体、激光谐振腔、泵浦模块和晶体冷却系统组成。结构特征是：激光谐振腔、泵浦模块和晶体冷却系统都装在激光器机体上。激光谐振腔由输出镜、激光晶体、偏振片两片、电光调Q开关、45°反射镜两片组成；泵浦模块由半导体泵浦激光巴条、热沉、TEC、散热片和风扇组成。晶体冷却系统由水泵、石英玻璃管组成。

谐振腔光路上的半导体泵浦激光巴条泵浦激光晶体激发激光在第一片偏振片处分为互相垂直的两路激光，分别是透射的P偏振光和反射的S偏振光，P偏振光经电光调Q开关后偏振方向偏振90°变为S偏振光，经两片45°反射镜后被两片偏振片反射进入激光晶体完成激光振荡回路；反射的S偏振光经第二片偏振片和两片45°反射镜后进入电光调Q开关，S偏振光经电光调Q开关后偏振方向偏振90度变为P偏振光，从而透过第一片偏振片进入激光晶体完成激光回路。电光调Q开关不加电压情况下，P偏振光和S偏振光经过电光调Q开关偏振状态都不发生改变，激光无法完成回路，激光谐振腔处于关断状态；电光调Q开关上加1/2波电压情况下，P偏振光和S偏振光经过电光调Q开关偏振状态都发生90°，激光完成回路，激光谐振腔处于调Q动态工作状态。

半导体泵浦激光巴条围绕激光晶体均匀封装在热沉上，TEC两工作面分别与热沉和散热片通过导热硅脂紧密贴合，保持良好的热传导，TEC精确控制封装在热沉上巴条的温度，使其发射的泵浦激光的中心波长为808nm，半导体泵浦激光巴条和系统的废热传导到散热片上，最总由风扇散热。

激光晶体由石英玻璃管套装，水泵带动冷却液循环通过石英玻璃管冷却激光晶体。激光机体设计有冷却热箱，可保证激光晶体的冷却需要。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)、与传统设计的脉冲固体激光器相比，发明实现了垂直偏振激光同时输出，避免了热致退偏效应的影响，重复频率更高、转换效率更高、光束质量更好。(2)、相对于传统氙灯泵浦的脉冲固体激光器，发明采用半导体激光泵浦，可实现激光器和冷却系统的一体化设计，激光器体积更紧凑、功耗更低。

附图说明

图1为本发明：一种垂直偏振输出脉冲固体激光器。

图2为本脉冲固体激光器的内部结构图。

图中：1、激光晶体；2-1、热沉A；2-2、热沉B；3、石英玻璃管；4、输出镜；5-1、散热片A；5-2、散热片B；6-1、风扇A；6-2、风扇B；7-1、偏振片A；7-2、偏振片B；8-1、45°反射镜A；8-2、45°反射镜B；9、电光调Q开关；10、水泵；11、激光器机体；12-1、激光器机体盖板A；12-2、激光器机体盖板B；12-3、激光器机体盖板C；12-4、激光器机体盖板；13、半导体泵浦激光巴条；14、TEC。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明

根据图1所示，本发明提供的垂直偏振输出脉冲固体激光器由激光器机体11、激光谐振腔、泵浦模块和晶体冷却系统组成。结构特征是：激光谐振腔、泵浦模块和晶体冷却系统都装在激光器机体11中。激光谐振腔由输出镜4、激光晶体1、偏振片两片7-1、7-2、电光调Q开关9、45°反射镜两片8-1、8-2组成；泵浦模块由半导体泵浦激光巴条13、热沉2-1、2-2、TEC 14、散热片5-1、5-2和风扇6-1、6-2组成。晶体冷却系统由水泵10、石英玻璃管3组成。

所述激光谐振腔自输出镜4向前依次放置激光晶体1、偏振片7-1、电光调Q开关9、45°反射镜8-1，在偏振片7-1反射光路上依次放置偏振片7-2、45°反射镜8-2，调节45°反射镜8-1、8-2，使得发射光路和投射光路重合；

所述泵浦模块的半导体泵浦激光巴条13以激光晶体轴线为中心均匀封装在热沉2-1、2-2上，热沉2-1、2-2以激光晶体轴线左右对陈，TEC 14安装在热沉2-1、2-2和散热片5-1、5-2之间，通过导热硅脂保持良好的导热性，风扇6-1、6-2安装在散热偏上5-1、5-2，合理设计风路保持良好的散热能力，热沉2-1、2-2、散热片5-1、5-2和风扇6-1、6-2以激光晶体对称放置。

所述晶体冷却系统的水泵10带动激光器机体11中的冷却液通过管路流过石英玻璃管3，冷却套在石英玻璃管3中的激光晶体1，石英玻璃管3和激光晶体1同轴安装在激光器机体11中，并实现水路密封。激光器机体盖板12-1密封冷却液箱体。

所述激光器机体盖板12-2、12-3密封激光谐振腔，保证谐振腔内的尘密性和干燥性；

所述激光器机体盖板12-4密封泵浦模块，保证泵浦模块的尘密性和干燥性；

谐振腔光路上的半导体泵浦激光巴条13泵浦激光晶体1激发激光在偏振片7-1处分为互相垂直的两路激光，分别是透射的P偏振光和反射的S偏振光，P偏振光经电光调Q开关9后偏振方向偏振90°变为S偏振光，经两片45°反射镜8-1、8-2后被两片偏振片7-2、7-1反射进入激光晶体1完成激光振荡回路；反射的S偏振光经偏振片7-2和两片45°反射镜8-1、8-2后进入电光调Q开关9，S偏振光经电光调Q开关后偏振方向偏振90度变为P偏振光，从而透过偏振片7-1进入激光晶体完成激光回路，偏振片7-1反射光路和透射光路重合。

电光调Q开关9不加电压情况下，P偏振光和S偏振光经过电光调Q开关9偏振状态都不发生改变，激光无法完成回路，激光谐振腔处于关断状态；电光调Q开关9上加1/2波电压情况下，P偏振光和S偏振光经过电光调Q开关偏振状态都发生90°，激光完成回路，激光谐振腔处于调Q动态工作状态。

Claims (4)

1.一种垂直偏振输出脉冲固体激光器，其特征为：激光器由激光器机体(11)、激光谐振腔、泵浦模块和晶体冷却系统组成，激光谐振腔、泵浦模块和晶体冷却系统都装在激光器机体(11)中，激光谐振腔由输出镜(4)、激光晶体(1)、第一偏振片(7-1)、第二偏振片(7-2)、电光调Q开关(9)、第一45°反射镜(8-1)、第二45°反射镜(8-2)组成；泵浦模块由半导体泵浦激光巴条(13)、第一热沉(2-1)、第二热沉(2-2)、TEC(14)、第一散热片(5-1)、第二散热片(5-2)和第一风扇(6-1)、第二风扇(6-2)组成；晶体冷却系统由水泵(10)、石英玻璃管(3)组成，激光谐振腔自输出镜(4)向前依次放置激光晶体(1)、第一偏振片(7-1)、电光调Q开关(9)、第一45°反射镜(8-1)，在第一偏振片(7-1)反射光路上依次放置第二偏振片(7-2)、第二45°反射镜(8-2)，调节第一45°反射镜(8-1)、第二45°反射镜(8-2)，使得反射光路和透射光路重合。

2.根据权利要求1所述的一种垂直偏振输出脉冲固体激光器，其特征是泵浦模块的半导体泵浦激光巴条(13)以激光晶体轴线为中心均匀封装在第一热沉(2-1)、第二热沉(2-2)上，第一热沉(2-1)、第二热沉(2-2)以激光晶体轴线左右对称，TEC(14)安装在第二热沉(2-2)和第二散热片(5-2)之间，通过导热硅脂保持良好的导热性，第一风扇(6-1)、第二风扇(6-2)分别安装在第一散热片(5-1)、第二散热片(5-2)上，第一热沉(2-1)与第二热沉(2-2)、第一散热片(5-1)与第二散热片(5-2)、第一风扇(6-1)与第二风扇(6-2)以激光晶体对称放置。

3.根据权利要求1所述的一种垂直偏振输出脉冲固体激光器，其特征是所述晶体冷却系统的水泵(10)带动激光器机体(11)中的冷却液通过管路流过石英玻璃管(3)，冷却套在石英玻璃管(3)中的激光晶体(1)，石英玻璃管(3)和激光晶体(1)同轴安装在激光器机体(11)中，并实现水路密封。

4.根据权利要求1所述的一种垂直偏振输出脉冲固体激光器，其特征是第一激光器机体盖板(12-2)、第二激光器机体盖板(12-3)密封激光谐振腔，保证谐振腔内的尘密性和干燥性；第三激光器机体盖板(12-4)密封泵浦模块，保证泵浦模块的尘密性和干燥性。