CN106848821A - 一种泵浦激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泵浦激光器，包括按照光路方向依次设置的第一泵浦源、第一双色镜、激光晶体、第二双色镜和第二泵浦源；第一泵浦源出射第一泵浦光，第二泵浦源出射第二泵浦光；第一双色镜透射第一泵浦光，反射第二泵浦光；第二双色镜透射第二泵浦光，反射第一泵浦光；第一泵浦光与第二泵浦光的波长不同。通过在激光晶体两侧分别设置第一泵浦源和第二泵浦源，在激光晶体两侧同时射入第一泵浦光和第二泵浦光，使得激光晶体的两侧同时吸收泵浦光，改善了激光晶体热分布不均匀的问题。同时，在激光器的两端设置第一双色镜和第二双色镜，用于对第一泵浦光和第二泵浦光进行二次回泵，提高了激光晶体对泵浦光的吸收效率且进一步提高了热分布均匀性。

Description

一种泵浦激光器

技术领域

本发明涉及激光技术及应用领域，更具体地说，涉及一种泵浦激光器。

背景技术

端面泵浦的全固态激光器具有高效率、结构紧凑、光束输出质量好、稳定性高和成本较低等诸多优点，成为当前国内外研究者普遍关注的热点研究课题。

现有技术中，泵浦激光器一般包括按照光路方向依次设置的泵浦源101、前腔镜102、激光晶体103和后腔镜104，其中，前腔镜102和后腔镜104构成谐振腔，激光通过后腔镜输出。但是，此种结构的泵浦激光器，泵浦源发射的泵浦光沿晶体轴向逐渐被吸收，使得晶体在轴向热分布不均匀。其中，泵浦端面热密度最大，而非泵浦端面热密度最小。一方面热分布不均匀使得晶体在泵浦端面处容易因热张力过大损伤断裂，另一方面由于热分布不均匀形成晶体热透镜效应，使得激光腔不稳定。

并且，此结构的泵浦激光器，泵浦源101发射的泵浦光仅经过一次激光晶体103，使得激光晶体仅有一次吸收泵浦光的机会，使得激光晶体对泵浦光的吸收效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种泵浦激光器，同时提高了晶体热分布均匀性和泵浦光的吸收效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种泵浦激光器，包括：

按照光路方向依次设置的第一泵浦源、第一双色镜、激光晶体、第二双色镜和第二泵浦源，所述第一双色镜和所述第二双色镜之间设有谐振腔，所述激光晶体位于所述谐振腔内；

所述第一泵浦源用于出射第一泵浦光，所述第二泵浦源用于出射第二泵浦光，所述第一双色镜用于透射所述第一泵浦光，反射所述第二泵浦光；所述第二双色镜用于透射所述第二泵浦光，反射所述第一泵浦光；

所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长不同。

优选的，所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差大于或等于5nm。

优选的，所述谐振腔为L形腔，所述L形腔包括第一谐振腔镜、第二谐振腔镜和第一激光输出镜，所述第一谐振腔镜位于所述第一双色镜和所述激光晶体之间，所述第二谐振腔镜位于所述激光晶体和所述第二双色镜之间，激光从所述第一激光输出镜输出。

优选的，所述谐振腔为蝶形腔，所述蝶形腔包括第三谐振腔镜、第四谐振腔镜、第五谐振腔镜和第二激光输出镜；

所述第三谐振腔镜位于所述第一双色镜和所述激光晶体之间，所述第四谐振腔镜位于所述激光晶体和所述第二双色镜之间，激光从所述第二激光输出镜输出。

优选的，所述谐振腔还包括位于所述第五谐振腔镜和所述第二激光输出镜之间的光学单向器，所述光学单向器用于使激光从所述第五谐振腔镜至所述第二激光输出镜单向传输。

优选的，所述光学单向器由法拉第旋转器和半波片组成。

优选的，所述谐振腔还包括设置于第三谐振腔和所述第二激光输出镜之间的选频器。

优选的，所述选频器为标准具或双折射滤波片。

优选的，还包括设置于所述第一双色镜和所述谐振腔之间第一耦合透镜模块，设置于所述第二双色镜和所述谐振腔之间第二耦合透镜模块。

优选的，所述激光晶体为Nd:YVO₄晶体、Nd:YAG晶体、Yb:YAG晶体或YVO₄/Nd:YVO₄/YVO₄复合晶体。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明提供一种泵浦激光器，包括按照光路方向依次设置的第一泵浦源、第一双色镜、激光晶体、第二双色镜和第二泵浦源，所述第一双色镜和所述第二双色镜之间设有谐振腔，所述激光晶体位于所述谐振腔内；所述第一泵浦源用于出射第一泵浦光，所述第二泵浦源用于出射第二泵浦光，所述第一双色镜用于透射第一泵浦光，反射第二泵浦光；所述第二双色镜用于透射第二泵浦光，反射第一泵浦光；所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长不同。通过在激光晶体两侧分别设置第一泵浦源和第二泵浦源，可以在激光晶体两侧同时射入第一泵浦光和第二泵浦光，进而使得激光晶体的两侧同时吸收泵浦光，改善了激光晶体热分布不均匀的问题。

并且，由于本发明中的第一泵浦光与第二泵浦光的波长不同，设置于激光晶体和第一泵浦源之间的第一双色镜透射第一泵浦光，反射第二泵浦光，可以将激光晶体未吸收的第二泵浦光反射回激光晶体进行二次泵浦吸收；设置于激光晶体和第二泵浦源之间的第二双色镜透射第二泵浦光，反射第一泵浦光，从而可以将激光晶体未吸收的第一泵浦光反射回激光晶体进行二次泵浦吸收，在提高了泵浦光的吸收效率的同时，进一步改善了激光晶体热分布不均匀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一种泵浦激光器的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种泵浦激光器的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例提供的一种泵浦激光器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

如背景技术所述，现有技术中，泵浦激光器一般包括按照光路方向依次设置的泵浦源101、前腔镜102、激光晶体103和后腔镜104，其中，前腔镜102和后腔镜104构成谐振腔。但是，此种结构的泵浦激光器，泵浦源发射的泵浦光沿晶体轴向逐渐被吸收，使得晶体在轴向热分布不均匀。其中，泵浦端面热密度最大，而非泵浦端面热密度最小。因此，此结构的泵浦激光器一方面晶体在泵浦端面处容易因热张力过大损伤断裂，另一方面由于热分布不均匀形成晶体热透镜效应，使得激光腔不稳定。

并且，此结构的泵浦激光器，泵浦源101发射的泵浦光仅经过一次激光晶体103，使得激光晶体仅有一次吸收泵浦光的机会，使得激光晶体对泵浦光的吸收效率低。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种泵浦激光器，包括按照光路方向依次设置的第一泵浦源、第一双色镜、激光晶体、第二双色镜和第二泵浦源，所述第一双色镜和所述第二双色镜之间设有谐振腔，所述激光晶体位于所述谐振腔内；所述第一泵浦源用于出射第一泵浦光，所述第二泵浦源用于出射第二泵浦光，所述第一双色镜用于透射第一泵浦光，反射第二泵浦光；所述第二双色镜用于透射第二泵浦光，反射第一泵浦光；所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长不同。

在本发明实施例中，所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差大于或等于5nm。其中，为保证激光晶体的吸收效率，所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长都位于激光晶体的吸收峰处，使所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差小于300nm，优选可以使所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差小于100nm。

并且，在本发明实施例中，所述激光晶体为Nd:YVO₄晶体、Nd:YAG晶体、Yb:YAG晶体，或者，所述激光晶体可以两端键合未掺杂晶体的复合晶体，如YVO₄/Nd:YVO₄/YVO₄复合晶体，或者多段键合且分段掺杂有不同浓度的复合晶体。

通过在激光晶体两侧分别设置第一泵浦源和第二泵浦源，可以在激光晶体两侧同时射入第一泵浦光和第二泵浦光，进而使得激光晶体的两侧同时吸收泵浦光，改善了激光晶体热分布不均匀的问题。

并且，由于本发明中的第一泵浦光与第二泵浦光的波长不同，设置于激光晶体和第一泵浦源之间的第一双色镜透射第一泵浦光，反射第二泵浦光，可以将激光晶体未吸收的第二泵浦光反射回激光晶体进行二次泵浦吸收；设置于激光晶体和第二泵浦源之间的第二双色镜透射第二泵浦光，反射第一泵浦光，从而可以将激光晶体未吸收的第一泵浦光反射回激光晶体进行二次泵浦吸收，在提高了泵浦光的吸收效率的同时，进一步改善了激光晶体热分布不均匀的问题。

以上是本申请的基础思想，为了使本发明实施例提供的技术方案更加清楚，下面对该泵浦激光器进行详细说明，以对本发明上述技术方案进行详细描述。

本发明一个实施例提供了的一种泵浦激光器，如图2所示，为所述泵浦激光器的结构图，包括：按照光路方向依次设置的第一泵浦源201、第一双色镜211、激光晶体220、第二双色镜212和第二泵浦源202，所述第一双色镜211和所述第二双色镜212之间设有谐振腔230，所述激光晶体220位于所述谐振腔230内；所述第一泵浦源201用于出射第一泵浦光，所述第二泵浦源202用于出射第二泵浦光，所述第一双色镜211用于透射第一泵浦光，反射第二泵浦光；所述第二双色镜212用于透射第二泵浦光，反射第一泵浦光；所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长不同。

在本发明实施例中，所述激光晶体为Nd:YVO₄晶体、Nd:YAG晶体、Yb:YAG晶体，或者，所述激光晶体可以两端键合未掺杂晶体的复合晶体，如YVO₄/Nd:YVO₄/YVO₄复合晶体，或者多段键合且分段掺杂有不同浓度的复合晶体。具体的，在本实施例中，采用Nd:YVO₄晶体作为所述泵浦激光器的激光晶体。

其中，所述第一双色镜为特殊镀膜的平面镜，对于第一泵浦光高透，对于第二泵浦光高反。所述第二双色镜为特殊镀膜的平面镜，对于第二泵浦光高透，对于第一波长泵浦光高反。所述第一泵浦光和第二泵浦光分别表示两种不同波长的泵浦光，为保证第一双色镜和第二双色镜易于设计和实施，第一泵浦光和第二泵浦光的波长的选取不宜太近，此外还需要考虑避免因波长差别而引起的其他不利效应，如和频过程等。

在本实施例中，所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差大于或等于5nm。其中，所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长都位于激光晶体的吸收峰处，并且，在本实施例中，为保证激光晶体的吸收效率，使所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差小于300nm，优选可以使所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差小于100nm。

由于本实施例中的激光晶体采用的是Nd：YVO₄晶体，因此，本实施例中的第一泵浦光的波长可以为808nm，第二泵浦光的波长可以为880nm或888nm；或者，第一泵浦光的波长为880nm或888nm，而第二泵浦光的波长为808nm。

在本发明实施例中，谐振腔为L形腔，所述L形腔包括第一谐振腔镜231、第二谐振腔镜232和第一激光输出镜241，所述第一谐振腔镜231位于所述第一双色镜211和所述激光晶体220之间，所述第二谐振腔镜232位于所述激光晶体220和所述第二双色镜212之间，激光从所述第一激光输出镜输出。

可选的，本实施例中的所述第一激光输出镜241为激光输出耦合镜。

具体的，本实施例所述泵浦激光器还包括设置于所述第一双色镜211和所述谐振腔230之间第一耦合透镜模块251，设置于所述第二双色镜212和所述谐振腔230之间第二耦合透镜模块252。其中，耦合透镜模块一般由1片或多片透镜组成，对于第一泵浦光和第二泵浦光均高透，并进行聚焦，使得泵浦光束在激光晶体内和激光腔束腰有最佳模式匹配。

本实施例中，第一泵浦光A1从激光晶体220的左侧端方向入射，经过第一双色镜211和第一耦合透镜模块251后，第一次经过激光晶体220后被激光晶体部分吸收，继续经过第二耦合透镜模块252后到达第二双色镜212，由于第二双色镜212对第一泵浦光A1是全反射的，即剩余未吸收的第一泵浦光A1再次返回激光晶体220进行第二次泵浦吸收。第二泵浦光A2从激光晶体220的右侧端面方向入射，经过和第一泵浦光A1完全对称的光路，同样二次经过激光晶体220，进行了二次泵浦吸收。

可以看出，本发明实施例中，通过采用两种不同波长的泵浦光同时从双端进行激光晶体泵浦，而且采用双色镜将单次通过未吸收的泵浦光全反射回晶体方向进行二次泵浦吸收，提高了吸收效率和晶体热分布均匀性。该种泵浦激光器可用于高功率高光束质量的全固态激光输出。进一步的，通过调节两种泵浦光功率的比例以及选取合适类型的激光晶体，可实现最优的晶体热分布均匀性，进而大大降低晶体热效应对于激光输出功率和激光稳定性的影响。

在本发明的另一实施例中，提供了一种泵浦激光器，如图3所示，与上一实施例不同的是，本实施例中的谐振腔不同。

具体的，本实施例中的谐振腔具体包括第三谐振腔镜233、第四谐振腔镜234、第五谐振腔镜235和第二激光输出镜242，共4个光学元件组成的蝶形腔结构；所述第三谐振腔镜233位于所述第一双色镜211和所述激光晶体220之间，所述第四谐振腔镜234位于所述激光晶体220和所述第二双色镜212之间；激光从所述第二激光输出镜242输出。

在本发明的其他实施例中，所述谐振腔230也可以由其他光学元件组成的腔结构，本发明在此不做具体的限定。

并且，在本实施例中，所述谐振腔还包括位于所述第五谐振腔镜235和所述第二激光输出镜242之间的光学单向器236，所述光学单向器236用于使激光仅从所述第五谐振腔镜235至所述第二激光输出镜242单向传输。具体的，本实施例的光学单向器236由法拉第旋转器和半波片组成，使得谐振腔单向运转，消除空间烧孔效应。

并且，在本实施例中，所述谐振腔230还包括设置于第三谐振腔233和所述第二激光输出镜242之间的选频器237，选频器可以是标准具或双折射滤波片，从而对激光纵模选模，实现大功率的单频激光输出。

具体的，本实施例中，第一泵浦光A1从激光晶体220的左侧端方向入射，经过第一双色镜211和第一耦合透镜模块251后，第一次经过激光晶体220被激光晶体220部分吸收，继续经过第二耦合透镜模块252后到达第二双色镜212，由于第二双色镜212对第一泵浦光A1是全反射的，即剩余未吸收的第一泵浦光A1再次返回激光晶体220进行第二次泵浦吸收。第二波长泵浦光A2从激光晶体的右侧端面方向入射，经过和第一泵浦光A1完全对称的光路，同样二次经过激光晶体220，进行了二次泵浦吸收，从而解决了单次通过吸收不完全的问题，提高了吸收效率。

可以看出，本发明实施例中，通过采用两种不同波长的泵浦光同时从双端进行激光晶体泵浦，而且采用双色镜将单次通过未吸收的泵浦光全反射回晶体方向进行二次泵浦吸收，提高了吸收效率和晶体热分布均匀性。该种泵浦激光器可用于高功率高光束质量的全固态激光输出。进一步的，通过调节两种泵浦光功率的比例以及选取合适类型的激光晶体，可实现最优的晶体热分布均匀性，进而大大降低晶体热效应对于激光输出功率和激光稳定性的影响。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种泵浦激光器，其特征在于，包括：

按照光路方向依次设置的第一泵浦源、第一双色镜、激光晶体、第二双色镜和第二泵浦源，所述第一双色镜和所述第二双色镜之间设有谐振腔，所述激光晶体位于所述谐振腔内；

所述第一泵浦源用于出射第一泵浦光，所述第二泵浦源用于出射第二泵浦光，所述第一双色镜用于透射所述第一泵浦光，反射所述第二泵浦光；所述第二双色镜用于透射所述第二泵浦光，反射所述第一泵浦光；

所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长不同。

2.根据权利要求1所述的泵浦激光器，其特征在于，所述第一泵浦光与所述第二泵浦光的波长差大于或等于5nm。

3.根据权利要求2所述的泵浦激光器，其特征在于，所述谐振腔为L形腔，所述L形腔包括第一谐振腔镜、第二谐振腔镜和第一激光输出镜，所述第一谐振腔镜位于所述第一双色镜和所述激光晶体之间，所述第二谐振腔镜位于所述激光晶体和所述第二双色镜之间，激光从所述第一激光输出镜输出。

4.根据权利要求2所述的泵浦激光器，其特征在于，所述谐振腔为蝶形腔，所述蝶形腔包括第三谐振腔镜、第四谐振腔镜、第五谐振腔镜和第二激光输出镜；

所述第三谐振腔镜位于所述第一双色镜和所述激光晶体之间，所述第四谐振腔镜位于所述激光晶体和所述第二双色镜之间，激光从所述第二激光输出镜输出。

5.根据权利要求4所述的泵浦激光器，其特征在于，所述谐振腔还包括位于所述第五谐振腔镜和所述第二激光输出镜之间的光学单向器，所述光学单向器用于使激光从所述第五谐振腔镜至所述第二激光输出镜单向传输。

6.根据权利要求5所述的泵浦激光器，其特征在于，所述光学单向器由法拉第旋转器和半波片组成。

7.根据权利要求4所述的泵浦激光器，其特征在于，所述谐振腔还包括设置于第三谐振腔和所述第二激光输出镜之间的选频器。

8.根据权利要求7所述的泵浦激光器，其特征在于，所述选频器为标准具或双折射滤波片。

9.根据权利要求3或4所述的泵浦激光器，其特征在于，还包括设置于所述第一双色镜和所述谐振腔之间第一耦合透镜模块，设置于所述第二双色镜和所述谐振腔之间第二耦合透镜模块。

10.根据权利要求2所述的泵浦激光器，其特征在于，所述激光晶体为Nd:YVO₄晶体、Nd:YAG晶体、Yb:YAG晶体或YVO₄/Nd:YVO₄/YVO₄复合晶体。