CN107317216B

CN107317216B - 一种固体激光器以及激光器系统

Info

Publication number: CN107317216B
Application number: CN201710699459.9A
Authority: CN
Inventors: 李春宏; 康晓丽; 崔旭东; 栾道成
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2037-08-15
Also published as: CN107317216A

Abstract

本发明提供了一种固体激光器以及激光器系统，属于激光器领域。一种固体激光器，包括：聚光本体、低能闪光灯和具有谐振腔的谐振器。聚光本体内具有聚光腔，聚光本体的一侧壁具有透光窗口，低能闪光灯设置在透光窗口的一侧，并位于聚光本体外，低能闪光灯与透光窗口对应设置以使低能闪光灯能够透过透光窗口射入聚光腔。谐振腔设置在聚光腔内。谐振器与透光窗口之间具有放置烟火药的安置空间，安置空间与透光窗口的位置对应。其能够提高烟火药在时间和空间上的点火同步性，从而提高烟火药的发光效率和泵浦光的利用效率。

Description

一种固体激光器以及激光器系统

技术领域

本发明涉及激光器领域，具体而言，涉及一种固体激光器以及激光器系统。

背景技术

利用某些烟火药燃烧时产生的闪光作为泵浦源产生激光是研制便携式高能激光器的一种极具潜力的方案，这种激光器称为烟火泵浦激光器。

现有的烟火泵浦激光器中烟火药是以电点火方式引发燃烧闪光，即在烟火药中放置电点火体，然后将点火体与点火电源相连接。已经报道的电点火体包括电热丝和点火管。烟火药利用电点火体引发燃烧时，在时间和空间上的燃烧同步性较差。燃烧同步性差不但会导致烟火药产生的泵浦光强度降低，而且先燃烧的那部分烟火药产生的凝聚相产物会对后续燃烧时产生的闪光起到遮挡作用，由此降低了泵浦光的利用效率。上述问题限制了烟火泵浦激光器输出能量和输出功率的进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种固体激光器，其能够提高烟火药在时间和空间上的点火同步性，从而提高烟火药的发光效率和泵浦光的利用效率，有利于固体激光器输出能量和功率的提高。

本发明的另一目的在于提供一种激光器系统，其能提高烟火药的发光效率和泵浦光的利用效率。

本发明是这样实现的：

一种固体激光器，包括：聚光本体、闪光灯和具有谐振腔的谐振器。

聚光本体内具有聚光腔，聚光本体的一侧壁具有透光窗口，闪光灯设置在透光窗口的一侧，并位于聚光本体外，闪光灯与透光窗口对应设置以使闪光灯能够透过透光窗口射入聚光腔。

谐振器设置在聚光腔内。

谐振器与透光窗口之间具有放置烟火药的安置空间，安置空间与透光窗口的位置对应。

进一步地，在本发明的一种实施例中，透光窗口面向聚光腔内的一面设置有凹槽，烟火药可置于凹槽处。

进一步地，在本发明的一种实施例中，烟火药可置于光学石英玻璃件内，光学石英玻璃件与聚光本体的内壁连接，光学石英玻璃件位于谐振器与透光窗口之间。

进一步地，在本发明的一种实施例中，谐振器包括激光介质和分别设置在激光介质两端的全反膜和半反膜。

进一步地，在本发明的一种实施例中，激光介质外设有保护管，保护管为掺铈石英管。

进一步地，在本发明的一种实施例中，闪光灯的波长为400nm～1000nm，闪光持续时间为0.1ms～10ms，闪光功率密度≥5W/cm²。

进一步地，在本发明的一种实施例中，闪光灯设置有多个，多个闪光灯呈阵列排布。

一种激光器系统，包括聚光本体、闪光灯、烟火药和具有谐振腔的谐振器。

聚光本体内具有聚光腔，聚光本体的一侧壁具有透光窗口，闪光灯设置在透光窗口的一侧，并位于聚光本体外，闪光灯与透光窗口对应设置以使闪光灯能够透过透光窗口射入聚光腔。谐振器设置在聚光腔内。

谐振器与透光窗口之间具有放置烟火药的安置空间，安置空间与透光窗口的位置对应。烟火药可与谐振器形成侧面泵浦结构。

进一步地，在本发明的一种实施例中，烟火药中包括15wt％-60wt％的光点火剂。

进一步地，在本发明的一种实施例中，光点火剂包括含有铁纳米颗粒的碳纳米管和纳米铝粉中的至少一种。

本发明的有益效果是：一种固体激光器以及激光器系统，固体激光器包括聚光本体、闪光灯和谐振腔。聚光本体内具有聚光腔，聚光本体的一侧壁具有透光窗口，谐振腔与透光窗口之间具有放置烟火药的安置空间。以闪光灯照射烟火药的点火方式替代现有技术中的电点火方式引发激光器中烟火药的燃烧闪光，闪光灯作为大面积光源，能够提高大面积分布的烟火药在时间和空间上的点火同步性，从而提高烟火药的发光效率和泵浦光的利用效率，有利于固体激光器输出能量和功率的提高。另外，烟火药只需以透光窗口的透光介质为基底进行排布，无需引入其他部件，更容易实现烟火药在激光介质周围进行大面积的灵活排布。闪光灯不需要与烟火药直接接触，因而可以避免电点火方式中电点火体因电磁辐射干扰引发的误点火问题，提高了固体激光器的运行可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的一种固体激光器的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的另一种固体激光器的结构示意图；

图3是本发明实施例2提供的固体激光器的结构示意图；

图4本发明实施例2提供的光学石英玻璃件的结构示意图。

图标：100-固体激光器；110-聚光本体；111-聚光腔；112-透光窗口；112a-凹槽；120-闪光灯；130-谐振器；131-激光介质；131a-保护管；132-全反膜；133-半反膜；140-烟火药；200-固体激光器；210-光学石英玻璃件；211-凹部；212-密封塞。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“下方”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“下方”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

本实施例提供一种固体激光器100，请参照图1，固体激光器100包括聚光本体110、闪光灯120和谐振器130。

聚光本体110内具有聚光腔111，在本实施例中，聚光腔111为圆柱形，在其他实施例中，聚光腔111也可为长方体状，聚光腔111的形状不做限定，只要不影响固体激光器100的正常工作即可。

聚光本体110一侧壁具有透光窗口112，在本实施例中，透光窗口112为长条形。在本实施例中，透光窗口112的材质为光学石英玻璃，在其他实施例中，透光窗口112的材质也可为其他，只要能够透过闪光灯120的光且烟火药140不会对其造成损坏即可。

谐振器130与透光窗口112之间具有放置烟火药140的安置空间。透光窗口112面向聚光腔111内的一面设置有凹槽112a，该凹槽112a可装填一定质量的烟火药140。改变凹槽112a的截面积可改变烟火药140的装填量。

闪光灯120设置在透光窗口112的一侧，并位于聚光本体110外。且闪光灯120与透光窗口112对应设置以使闪光灯120的光能够透过透光窗口112射入聚光腔111。如图1所示，闪光灯120设置在透光窗口112的下方。

谐振器130设置在聚光腔111内，谐振器130与烟火药140形成侧面泵浦结构。具有谐振腔的谐振器130包括激光介质131、全反膜132和半反膜133，全反膜132和半反膜133分别设置在激光介质131相对的两端。在本实施例中，全反膜132设置在激光介质131的左端，半反膜133设置在激光介质131的右端，激光介质131为Nd:YAG激光棒，激光棒沿轴向设置在聚光腔111内。在其他实施例中，也可以按照全反膜132设置在激光棒的右端，半反膜133设置在激光棒的左端进行。本实施例中，通过在Nd:YAG激光棒的端面分别镀上针对波长1064nm的全反膜132和半反膜133作为谐振器130。

通过开启闪光灯120的脉冲闪光功能，闪光灯120透过透光窗口112照射烟火药140，烟火药140在闪光灯120的作用下燃烧，实现了烟火药140的同步点火。烟火药140燃烧时产生的光作为泵浦源，作用于激光棒，在全反膜132和半反膜133的作用下产生激光。本实施例中，以闪光灯120照射烟火药140的点火方式替代现有技术中的电点火方式引发激光器中烟火药140的燃烧闪光，闪光灯120作为大面积光源，能够提高烟火药140在时间和空间上的点火同步性，从而提高烟火药140的发光效率和泵浦光的利用效率，有利于固体激光器100输出能量和功率的提高。

另外，烟火药140只需以透光窗口112的透明介质为基底进行排布，无需引入其他部件，更容易实现烟火药140在激光介质131周围进行大面积的灵活排布。闪光灯120不需要与烟火药140直接接触，因而可以避免电点火方式中电点火体因电磁辐射干扰引发的误点火问题，提高了固体激光器100的运行可靠性。

需要说明的是，在本实施例中，闪光灯120可以单独使用，请参照图1，也可以多个闪光灯120阵列排布使用，请参照图2。另外，透光窗口112可以设置一个请参照图1，也可以设置多个请参照图2。只要闪光灯120能透过透光窗口112引发烟火药140燃烧即可。

进一步地，请继续参照图1和图2，激光介质131外套设有保护管131a，保护管131a为掺铈石英管。烟火药140在燃烧时会产生大量的光和热，为避免激光介质131受到损坏，本实施例中通过在激光介质131外套设有保护管131a来对激光介质131进行保护。其中，保护管131a为掺铈石英管，掺铈石英管既可以作为激光介质131的保护管131a，又可以使得烟火药140燃烧时产生的光透过作用于激光介质131。

本实施例的固体激光器100由于烟火药140是在聚光腔111内燃烧，燃烧产生的烟尘会污染聚光腔111内壁，因此为一次性使用的固体激光器100。

在本实施例中，闪光灯120为佳能相机外置闪光灯120。闪光灯120的波长为400nm～1000nm，闪光持续时间为0.1ms～10ms，闪光功率密度≥5W/cm²。

本发明实施例还提供一种激光器系统，激光器系统包括上述的固体激光器100和烟火药140，烟火药140置于凹槽112a处。烟火药140可与谐振器130形成侧面泵浦结构。

在本实施例中，烟火药140的配方为高氯酸钾40wt％、纳米铝粉30wt％、锆粉30wt％。其中，纳米铝粉的平均粒径为50nm。在其他实施例中，也可以使用其他成分的烟火药140。

实施例2

本发明实施例所提供的固体激光器200，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，其不同之处在于放置烟火药140的安置空间设置方式不同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例1中相应的内容。

本实施例提供一种固体激光器200，请参照图3，固体激光器200包括聚光本体110、闪光灯120和谐振器130。

聚光本体110内具有聚光腔111，聚光本体110一侧壁具有透光窗口112。

谐振器130设置在聚光腔111内。谐振器130与透光窗口112之间具有放置烟火药140的安置空间。烟火药140可置于光学石英玻璃件210内，光学石英玻璃件210与聚光本体110的内壁连接，且位于透光窗口112与谐振器130之间，则透光窗口112与光学石英玻璃件210对应设置。其中，光学石英玻璃件210装填烟火药140的那一面朝向透光窗口112。谐振器130可与烟火药140形成侧面泵浦结构。

在本实施例中，光学石英玻璃件210为石英方管，请参照图4，石英方管面向透光窗口112的一内侧面设置有凹部211，烟火药140可装填于该凹部211中，且石英方管的管口均用密封塞212塞住。

通过开启闪光灯120的脉冲闪光功能，闪光灯120通过透光窗口112照射烟火药140，烟火药140在闪光灯120的作用下燃烧，实现了烟火药140的同步点火。烟火药140燃烧时产生的光作为泵浦源，作用于谐振器130，产生激光。本实施例的固体激光器200可多发次输出激光，在本实施例的固体激光器200中，烟火药140是封闭在石英方管中的，烟火药140燃烧后只会污染石英方管，不会污染固体激光器200的其他部件，虽然烟火药140是一次性的，但是更换烟火药140后，固体激光器200仍可以运行。闪光灯120作为大面积光源，能够提高大面积分布的烟火药140在时间和空间上的点火同步性，从而提高烟火药140的发光效率和泵浦光的利用效率，有利于固体激光器200输出能量和功率的提高。

本发明实施例还提供一种激光器系统，激光器系统包括上述的固体激光器100和烟火药140，烟火药140置于光学石英玻璃件210的凹部211。烟火药140可与谐振器130形成侧面泵浦结构。

在本实施例中，烟火药140的配方为高氯酸钾30wt％、纳米铝粉10wt％、锆粉55wt％和含有铁纳米颗粒的碳纳米管5wt％(SWCNT-n-Fe)。其中，SWCNT-n-Fe中的纳米Fe颗粒含量为30wt％。

实施例3

本发明实施例所提供的激光器系统，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，其不同之处在于烟火药140的配方不同，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例1中相应的内容。

本实施的烟火药140配方为：高氯酸钾20wt％、纳米铝粉60wt％和锆粉20wt％。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种固体激光器，其特征在于，包括：聚光本体、闪光灯和具有谐振腔的谐振器；

所述聚光本体内具有聚光腔，所述聚光本体的侧壁具有透光窗口，所述闪光灯设置在所述透光窗口的一侧，并位于所述聚光本体外，所述闪光灯与所述透光窗口对应设置以使所述闪光灯能够透过所述透光窗口射入所述聚光腔；所述谐振器设置在所述聚光腔内；所述谐振器与所述透光窗口之间具有放置烟火药的安置空间，所述安置空间与所述透光窗口的位置对应；

所述透光窗口面向所述聚光腔内的一面设置有凹槽，所述烟火药可置于所述凹槽处；或者，述烟火药可置于光学石英玻璃件内，所述光学石英玻璃件与所述聚光本体的内壁连接，所述光学石英玻璃件位于所述谐振器与所述透光窗口之间；

闪光灯的波长为400nm～1000nm，闪光持续时间为0.1ms～10ms，闪光功率密度≥5W/cm²。

2.根据权利要求1所述的固体激光器，其特征在于，所述谐振器包括激光介质和分别设置在所述激光介质两端的全反膜和半反膜。

3.根据权利要求2所述的固体激光器，其特征在于，所述激光介质外设有保护管，所述保护管为掺铈石英管。

4.根据权利要求1所述的固体激光器，其特征在于，所述闪光灯设置有多个，多个闪光灯呈阵列排布。

5.一种激光器系统，其特征在于，包括：聚光本体、闪光灯、烟火药和具有谐振腔的谐振器；

所述聚光本体内具有聚光腔，所述聚光本体的一侧壁具有透光窗口，所述闪光灯设置在所述透光窗口的一侧，并位于所述聚光本体外，所述闪光灯与所述透光窗口对应设置以使所述闪光灯能够透过所述透光窗口射入所述聚光腔；

所述谐振器设置在所述聚光腔内；

所述谐振器与所述透光窗口之间具有放置烟火药的安置空间，所述安置空间与所述透光窗口的位置对应；所述透光窗口面向所述聚光腔内的一面设置有凹槽，所述烟火药可置于所述凹槽处；或者，述烟火药可置于光学石英玻璃件内，所述光学石英玻璃件与所述聚光本体的内壁连接，所述光学石英玻璃件位于所述谐振器与所述透光窗口之间；所述闪光灯的波长为400nm～1000nm，闪光持续时间为0.1ms～10ms，闪光功率密度≥5W/cm²；所述烟火药可与所述谐振器形成侧面泵浦结构。

6.根据权利要求5所述的激光器系统，其特征在于，所述烟火药中包括15wt％-60wt％的光点火剂。

7.根据权利要求6所述的激光器系统，其特征在于，所述光点火剂包括含有铁纳米颗粒的碳纳米管和纳米铝粉中的至少一种。