CN107591669B - 采用倒置梯形棱镜反射的激光器 - Google Patents
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Abstract
采用倒置梯形棱镜反射的激光器涉及激光器技术领域，解决现有技术中阈值高、转换效率低的问题。包括：输出镜、第一全反镜、增益介质、泵浦源、倒置梯形棱镜和第二全反镜；第一全反镜、倒置梯形棱镜的第二侧面、第二全反镜、倒置梯形棱镜的上底面、倒置梯形棱镜的第一侧面和输出镜构成光学谐振腔；倒置梯形棱镜的上底面与第二全反镜相对且非平行设置。本发明光学谐振腔的结构构成中利用了倒置梯形棱镜和第二全反镜，使信息光多次经过激光增益介质，提高激光谐振腔内的净增益，加大了初始增益与阈值增益之间的差值，降低激光阈值，明显的改善了泵浦激光的转换效率；并且结构简单，成本低廉。可应用到调Q激光器领域和锁模激光器领域。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及采用倒置梯形棱镜反射的激光器。
背景技术
随着激光器领域的迅速发展，低阈值、高转换效率成为固体激光器发展的一个重要方向。而要实现这一目标，目前只能对泵浦源、泵浦方式和激光增益介质(形状及掺杂浓度)等进行优化，来提高激光输出功率和能量的转换效率。虽然可以通过这些手段降低激光器谐振腔阈值来提高激光器的能量转换效率，但是会受到泵浦源水平、激光晶体材料的严重制约，同时能量损耗率也是很大。
发明内容
为了解决现有激光器存在的泵浦阈值高和激光转化效率低的问题，本发明提供采用倒置梯形棱镜反射实现低阈值输出的激光器。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
采用倒置梯形棱镜反射的激光器，包括增益介质和泵浦源，还包括：输出镜、倒置梯形棱镜、第一全反镜和第二全反镜；
所述倒置梯形棱镜的第一侧面、第二侧面和上底面对光束具有反射作用，所述第一侧面和第二侧面相对，所述输出镜和第一全反镜一一对应设置在第一侧面和第二侧面的外侧，所述第二全反镜与上底面相对且非平行设置，所述倒置梯形棱镜和第二全反镜分别设置在增益介质沿光路方向的两端；
所述泵浦源的泵浦光照射增益介质，当增益介质增益超过激光器阈值，增益介质产生信号光；信号光在上底面、增益介质和第二全反镜之间往返至少2次；当信号光入射到第二侧面时，依次经第二侧面反射、第一全反镜反射和第二侧面反射后，入射到第二全反镜，再经第二全反镜反射至上底面，信号光在上底面、增益介质和第二全反镜之间往返至少2次；当信号光入射到第一侧面时，经第一侧面反射到输出镜，部分信号光通过输出镜输出获得激光，另一部分信号光依次经输出镜反射、第一侧面反射、增益介质增益和第二全反镜反射至上底面，重复上述过程直至输出激光。
进一步的，所述上底面与第二全反镜所成角度小于2°。
进一步的，所述第一侧面、第二侧面、上底面、第一全反镜和第二全反镜均镀有输出激光波长的全反射膜。
进一步的，所述输出镜镀有输出激光波长的部分反射膜。
进一步的，所述倒置梯形棱镜的底角α满足：44°≤α≤45°。
本发明的有益效果是：本发明利用倒置梯形棱镜和第二全反镜对激光谐振腔的结构进行了一定的改进，使振荡光多次经过激光增益介质，提高激光谐振腔内的净增益，加大了初始增益与阈值增益之间的差值，降低激光阈值，明显的改善了泵浦激光的转换效率；并且本发明的激光器结构简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明采用倒置梯形棱镜反射的激光器的结构原理图。
图中：1、输出镜，2、倒置梯形棱镜，201、第一侧面，202、第二侧面，203、上底面，3、第一全反镜，4、增益介质，5、第二全反镜，6、泵浦源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的采用倒置梯形棱镜反射的激光器，包括：输出镜1、倒置梯形棱镜2、第一全反镜3、增益介质4、第二全反镜5和泵浦源6；倒置梯形棱镜2的第一侧面201、倒置梯形棱镜2的第二侧面202和倒置梯形棱镜2的上底面203均能够反射光束，相当于三块反射镜，第一侧面201和第二侧面202为所述倒置梯形棱镜2的两个相对的侧面，输出镜1和第一全反镜3一一对应设置在第一侧面201和第二侧面202的外侧，即输出镜1设置在第一侧面201外侧，第一全反镜3设置在第二侧面202外侧；上底面203和第二全反镜5分别一一对应设置在增益介质4沿光路方向上的两端，上底面203与第二全反镜5相对且非平行设置，第一全反镜3、第二侧面202、第二全反镜5、上底面203、第一侧面201和输出镜1构成光学谐振腔。
在光学谐振腔中，泵浦源6产生的泵浦光照射增益介质4，当增益介质4增益超过激光器阈值后，增益介质4产生信号光，信号光在倒置梯形棱镜2的上底面203、增益介质4和第二全反镜5之间往返，信号光在上底面203和第二全反镜5之间至少往返2次；当入射到第二侧面202时，依次经第二侧面202反射、第一全反镜3反射和第二侧面202反射后，入射到第二全反镜5，第二全反镜5反射光束至上底面203，信号光在上底面203、增益介质4和第二全反镜5之间往返，往返至少2次，增益介质4增益信号光，当入射到第一侧面201时，经第一侧面201反射到输出镜1，部分信号光通过输出镜1输出获得激光，另一部分信号光依次经输出镜1反射、第一侧面201反射、增益介质4增益和第二全反镜5反射至上底面203，实现反馈，继续按上述过程在光学谐振腔中传输增益，直至输出。
倒置梯形棱镜2的上底面203与第二全反镜5相对设置且非平行，即在相对且相互平行的基础上将第二全反镜5旋转一微小的角度，或将倒置梯形棱镜2旋转一微小的角度是上底面与第二全反镜5刚好错过平行状态。在保证了光束多次经过增益介质4的同时，防止光束在倒置梯形棱镜2、增益介质4和第二全反镜5之间发生振荡，形成振荡腔，无法实现上能级粒子积累。优选的是，上底面203与第二全反镜5所成的角度小于2°。
倒置梯形棱镜2的上底面203、第一侧面201、第二侧面202、第一全反镜3表面和第二全反镜5表面均镀有输出激光波长的反射膜，优选的是镀有激光输出波长的全反射膜；输出镜1表面镀有输出激光波长的部分反射膜。
在本实施方式中，倒置梯形棱镜2的上底面203、第一侧面201、第二侧面202、第一全反镜3和第二全反镜5均镀有1064nm的全反射膜，输出镜1镀有输出1064nm的部分反射膜。
在本实施方式中，泵浦源6可采用端面泵浦或垂直于激光振荡方向的侧面泵浦，具体采用808nm半导体端面泵浦激光器(LD)。
第二全反镜激光实现振荡输出时，满足激光增益大于谐振腔损耗，普通谐振腔满足公式2gl>L-lnR时，实现激光输出。其中g为增益介质的4增益，l为增益介质4的长度，L为激光器固有损耗，R为输出镜1的反射率。在本实施方式中，信号光单次往返周期通过激光工作物质的次数记为2m，m为大于等于1的整数，则信号光在一个往返振荡周期内经过激光工作物质的次数为4m次，此时对应激光实现振荡输出时的公式为4mgl≥L-lnR；增益次数为普通谐振腔的2m倍，提高了激光增益。在一次完整的振荡过程中，当激光反转粒子数积累达最大值时，激光泵浦阈值变为普通激光器泵浦阈值的1/2m倍，降低了激光阈值，加大了初始增益与阈值增益之间的差值，可以提高激光的输出能量，相应的峰值功率也会有所提高。
其中m的取值受限于倒置梯形棱镜的边长和角度，还受限于倒置梯形棱镜2、增益介质4和第二全反镜5的相对位置，其中倒置梯形棱镜2的主要作用是控制振荡光通过增益介质4的次数。优选的是，倒置梯形棱镜2的切割角，即倒置梯形棱镜2的底角α为略小于45°，防止上底面203与第二全反镜5形成谐振腔，信号光在之间往返振荡，优选的是底角α满足：44°≤α≤45°。
本发明的激光器的这种光学谐振腔可应用到调Q激光器领域和锁模激光器领域，光学谐振腔中插入调Q器件或锁模器件，可以进一步改善现有的调Q激光器和锁模激光器存在的激光脉冲宽、效率低等问题。如，在输出镜1和第一侧面201之间插入电光调Q开关，则为调Q激光器。
Claims (5)
1.采用倒置梯形棱镜反射的激光器，包括增益介质(4)和泵浦源(6)，其特征在于，还包括：输出镜(1)、倒置梯形棱镜(2)、第一全反镜(3)和第二全反镜(5)；
所述倒置梯形棱镜(2)的第一侧面(201)、第二侧面(202)和上底面(203)对光束具有反射作用，所述第一侧面(201)和第二侧面(202)相对，所述输出镜(1)和第一全反镜(3)一一对应设置在第一侧面(201)和第二侧面(202)的外侧，所述第二全反镜(5)与上底面(203)相对且非平行设置，所述倒置梯形棱镜(2)和第二全反镜(5)分别设置在增益介质(4)沿光路方向的两端；
所述第一全反镜(3)、第二侧面(202)、第二全反镜(5)、上底面(203)、第一侧面(201)和输出镜(1)构成光学谐振腔；
所述泵浦源(6)的泵浦光照射增益介质(4)，当增益介质(4)增益超过激光器阈值，增益介质(4)产生信号光；信号光在上底面(203)、增益介质(4)和第二全反镜(5)之间往返至少2次；当信号光入射到第二侧面(202)时，依次经第二侧面(202)反射、第一全反镜(3)反射和第二侧面(202)反射后，入射到第二全反镜(5)，再经第二全反镜(5)反射至上底面(203)，信号光在上底面(203)、增益介质(4)和第二全反镜(5)之间往返至少2次；当信号光入射到第一侧面(201)时，经第一侧面(201)反射到输出镜(1)，部分信号光通过输出镜(1)输出获得激光，另一部分信号光依次经输出镜(1)反射、第一侧面(201)反射、增益介质(4)增益和第二全反镜(5)反射至上底面(203)，重复上述过程直至输出激光。
2.如权利要求1所述的采用倒置梯形棱镜反射的激光器，其特征在于，所述上底面(203)与第二全反镜(5)所成角度小于2°。
3.如权利要求1所述的采用倒置梯形棱镜反射的激光器，其特征在于，所述第一侧面(201)、第二侧面(202)、上底面(203)、第一全反镜(3)和第二全反镜(5)均镀有输出激光波长的全反射膜。
4.如权利要求1所述的采用倒置梯形棱镜反射的激光器，其特征在于，所述输出镜(1)镀有输出激光波长的部分反射膜。
5.如权利要求1所述的采用倒置梯形棱镜反射的激光器，其特征在于，所述倒置梯形棱镜(2)的底角α满足：44°≤α≤45°。
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