CN107749559A - 一种泵浦耦合装置及其制造方法 - Google Patents

一种泵浦耦合装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明介绍了一种泵浦耦合装置及其制造方法，该装置包括：增益介质板条，以及折射体；所述折射体键合于所述增益介质板条的上表面和/或下表面，且所述折射体位于泵浦光射入所述增益介质板条的位置；所述增益介质板条用于传输激光；所述折射体用于将泵浦光导入所述增益介质板条中，以使所述泵浦光在所述增益介质板条中的传输路径与所述激光在所述增益介质板条中的传输路径不同。本发明为避免使用分光镜影响输出激光光束质量，采取了泵浦光与激光不同光路传输的方式，能有效分离泵浦光和激光。

Description

一种泵浦耦合装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种泵浦耦合装置及其制造方法。
背景技术
大功率高光束质量的全固态激光器一直是激光界研究的热点，在工业、国防、医疗、环境保护和科学研究中都有重要的应用。传统的固体激光器由于增益介质的形状使得其内部存在较为严重的热效应，从而限制了大功率高光束质量的激光输出。板条激光器，由于温度梯度只发生在板条的厚度方向上，而激光在增益介质内呈“之”字型传输恰好可以对其进行补偿，获得大功率高光束质量的激光输出。
早期采用的板条较厚，随着光学加工技术和泵浦耦合技术的发展，开始采用超薄板条增益介质，薄板条更利于增益介质的冷却，尤其在大功率泵浦条件下，可大大减小板条厚度方向的热效应。如图1所示，在现有技术中采用泵浦光和激光同光路传输，再通过分光镜进行分离。但是，分光镜镀膜工艺较为复杂，在高功率运转的条件下，由于分光镜自身的热效应，可能对输出光光束质量产生影响。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种泵浦耦合装置及其制造方法，可以实现泵浦光与激光不同光路的传输，避免使用分光镜影响输出激光光束质量。
为实现上述目的，本发明提供了一种泵浦耦合装置，应用于激光器中，所述装置包括：增益介质板条，以及折射体；
所述折射体键合于所述增益介质板条的上表面和/或下表面，且所述折射体位于泵浦光射入所述增益介质板条的位置；
所述增益介质板条用于传输激光；
所述折射体用于将泵浦光导入所述增益介质板条中，以使所述泵浦光在所述增益介质板条中的传输路径与所述激光在所述增益介质板条中的传输路径不同。
可选的，所述增益介质板条是由一块钇铝石榴石YAG陶瓷胚料和两块掺钕钇铝石榴石Nd：YAG陶瓷胚料组成的Nd：YAG-YAG-Nd：YAG结构的增益介质板条，且所述增益介质板条的两个端头被切割为布氏角度。
可选的，所述激光以平行于所述增益介质板条的上表面和下表面的方向从所述增益介质板条的一个端头射入，并以平行于所述增益介质板条的上表面和下表面的方向从所述增益介质板条的另一个端头射出。
可选的，所述折射体为三棱柱形的蓝宝石晶体；
所述蓝宝石晶体包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；其中，所述第一侧面与所述第二侧面呈90度夹角，所述第三侧面分别与所述第一侧面与所述第二侧面呈45度夹角。
可选的，所述折射体设置于所述增益介质板条的上表面和/或下表面，包括：
所述蓝宝石晶体的第一侧面键合于所述增益介质板条的上表面或下表面，所述蓝宝石晶体的第二侧面垂直于所述增益介质板条的上表面和下表面，所述蓝宝石晶体的第三侧面朝向于所述泵浦光的射入方向。
可选的，所述泵浦光以垂直于所述第三侧面的方向射入所述蓝宝石晶体，并经过所述蓝宝石晶体的折射后，射入所述增益介质板条。
可选的，在所述增益介质板条的上表面和下表面的未键合有所述折射体的区域电镀有二氧化硅全反膜。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种泵浦耦合装置的制造方法，所述方法包括：
使用一块钇铝石榴石YAG陶瓷胚料和两块掺钕钇铝石榴石Nd：YAG陶瓷胚料制备Nd：YAG-YAG-Nd：YAG结构的增益介质板条；
按照布氏角度切割所述增益介质板条的两个端头；
在所述增益介质板条的上表面和/或下表面上键合折射体，且所述折射体位于泵浦光射入所述增益介质板条的位置；
在所述增益介质板条的上表面和下表面的未键合有所述折射体的区域电镀二氧化硅全反膜。
可选的，所述折射体为三棱柱形的蓝宝石晶体；
所述蓝宝石晶体包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；其中，所述第一侧面与所述第二侧面呈90度夹角，所述第三侧面分别与所述第一侧面与所述第二侧面呈45度夹角。
可选的，所述在所述增益介质板条的上表面和/或下表面上键合折射体，包括：
将所述蓝宝石晶体的第一侧面键合于所述增益介质板条的上表面或下表面，且所述蓝宝石晶体的第二侧面垂直于所述增益介质板条的上表面和下表面，所述蓝宝石晶体的第三侧面朝向于所述泵浦光的射入方向。
本发明提出的泵浦耦合装置及其制造方法，通过在增益介质板条的上表面和/或下表面上设置蓝宝石晶体，尽可能的增加泵浦光在增益区域的传播长度，提高吸收效率，同时不影响激光的传输。在本发明中，为避免使用分光镜影响输出激光光束质量，采取了泵浦光与激光不同光路传输的方式，能有效分离泵浦光和激光，从而不影响输出激光的光束质量。
附图说明
图1是现有技术中的采用泵浦光和激光同光路传输的光路示意图；
图2是本发明第一实施例的包含一个折射体的泵浦耦合装置的组成结构示意图；
图3是本发明第一实施例的包含两个折射体的泵浦耦合装置的组成结构示意图；
图4是本发明第二实施例的泵浦耦合装置的制造方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
本发明第一实施例，一种泵浦耦合装置，应用于激光器中，如图2所示，所述装置具体包括以下组成部分：增益介质板条201，以及折射体202；
折射体202键合于增益介质板条201的上表面和/或下表面，且折射体202位于泵浦光射入增益介质板条201的位置；
增益介质板条201用于传输激光；所述板条作为激光增益介质。
折射体202用于将泵浦光导入增益介质板条201中，以使泵浦光在增益介质板条201中的传输路径与激光在增益介质板条201中的传输路径不同。
具体的，增益介质板条201是由一块钇铝石榴石YAG陶瓷胚料和两块掺钕钇铝石榴石Nd：YAG陶瓷胚料组成的Nd：YAG-YAG-Nd：YAG结构的增益介质板条，且增益介质板条201的两个端头被切割为布氏角度。
激光以平行于增益介质板条201的上表面和下表面的方向从增益介质板条201的一个端头射入，并以平行于增益介质板条201的上表面和下表面的方向从增益介质板条201的另一个端头射出，且激光在增益介质内进行“之”字形传输。
增益介质板条的上表面和下表面为增益介质板条中面积最大的且相对平行的两个侧面。
进一步的，折射体202为三棱柱形的蓝宝石晶体；所述蓝宝石晶体包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；其中，所述第一侧面与所述第二侧面呈90度夹角，所述第三侧面分别与所述第一侧面与所述第二侧面呈45度夹角。
所述蓝宝石晶体的第一侧面键合于增益介质板条201的上表面或下表面，所述蓝宝石晶体的第二侧面垂直于增益介质板条201的上表面和下表面，所述蓝宝石晶体的第三侧面朝向于泵浦光的射入方向。
泵浦光以垂直于所述第三侧面的方向射入所述蓝宝石晶体，并经过所述蓝宝石晶体的折射后，射入增益介质板条201，并在增益介质内进行“之”字形传输。
在增益介质板条201内，激光和泵浦光的传输路径不同，彼此之间不会互相干扰。
更进一步的，在增益介质板条201的上表面和下表面的未键合有折射体202的区域电镀有二氧化硅全反膜。
在本实施例中，如图2所示，可在增益介质板条的上表面或下表面设置折射体；或者，如图3所示，在增益介质板条的上表面和下表面均设置折射体。
当设置两个折射体时，可分别通过两个折射体将两束泵浦光分别导入增益介质板条，两束泵浦光在增益介质板条内的传输方向相向，且传输路径不重叠，不会相互干扰。通过使用两个折射体，可将两束光导入增益介质板条内，从而更好的激发增益介质，使得激光更快的达到预设要求。
本发明第二实施例，一种泵浦耦合装置的制造方法，如图4所示，所述方法具体包括以下步骤：
步骤S401：使用一块钇铝石榴石YAG陶瓷胚料和两块掺钕钇铝石榴石Nd：YAG陶瓷胚料制备Nd：YAG-YAG-Nd：YAG结构的增益介质板条。
具体的，步骤S401，包括：
制备尺寸符合要求的YAG陶瓷胚料一块以及Nd：YAG陶瓷胚料两块，三块胚料直接压合在一起，然后按照标准激光陶瓷烧结工艺对胚料进行烧结，成型后剪薄Nd：YAG陶瓷部分至所需厚度，精抛光，
步骤S402：按照布氏角度切割所述增益介质板条的两个端头。
具体的步骤S402，包括：
切割端头至所需角度以及所需的板条长度，精抛光。
步骤S403：在所述增益介质板条的上表面和/或下表面上键合折射体，且所述折射体位于泵浦光射入所述增益介质板条的位置。
具体的，折射体为三棱柱形的蓝宝石晶体；
所述蓝宝石晶体包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；其中，所述第一侧面与所述第二侧面呈90度夹角，所述第三侧面分别与所述第一侧面与所述第二侧面呈45度夹角。
将所述蓝宝石晶体的第一侧面键合于所述增益介质板条的上表面或下表面，且所述蓝宝石晶体的第二侧面垂直于所述增益介质板条的上表面和下表面，所述蓝宝石晶体的第三侧面朝向于所述泵浦光的射入方向。
步骤S404：在所述增益介质板条的上表面和下表面的未键合有所述折射体的区域电镀二氧化硅全反膜，从而提高激光及泵浦光的反射效率。
本发明实施例中介绍的泵浦耦合装置及其制造方法，通过在增益介质板条的上表面和/或下表面上设置蓝宝石晶体，尽可能的增加泵浦光在增益区域的传播长度，提高吸收效率，同时不影响激光的传输。在本发明中，为避免使用分光镜影响输出激光光束质量，采取了泵浦光与激光不同光路传输的方式，能有效分离泵浦光和激光，从而不影响输出激光的光束质量。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种泵浦耦合装置，其特征在于，应用于激光器中，所述装置包括：增益介质板条，以及折射体；
所述折射体键合于所述增益介质板条的上表面和/或下表面，且所述折射体位于泵浦光射入所述增益介质板条的位置；
所述增益介质板条用于传输激光；
所述折射体用于将泵浦光导入所述增益介质板条中，以使所述泵浦光在所述增益介质板条中的传输路径与所述激光在所述增益介质板条中的传输路径不同。
2.根据权利要求1所述的泵浦耦合装置，其特征在于，所述增益介质板条是由一块钇铝石榴石YAG陶瓷胚料和两块掺钕钇铝石榴石Nd：YAG陶瓷胚料组成的Nd：YAG-YAG-Nd：YAG结构的增益介质板条，且所述增益介质板条的两个端头被切割为布氏角度。
3.根据权利要求2所述的泵浦耦合装置，其特征在于，所述激光以平行于所述增益介质板条的上表面和下表面的方向从所述增益介质板条的一个端头射入，并以平行于所述增益介质板条的上表面和下表面的方向从所述增益介质板条的另一个端头射出。
4.根据权利要求1所述的泵浦耦合装置，其特征在于，所述折射体为三棱柱形的蓝宝石晶体；
所述蓝宝石晶体包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；其中，所述第一侧面与所述第二侧面呈90度夹角，所述第三侧面分别与所述第一侧面与所述第二侧面呈45度夹角。
5.根据权利要求4所述的泵浦耦合装置，其特征在于，所述折射体设置于所述增益介质板条的上表面和/或下表面，包括：
所述蓝宝石晶体的第一侧面键合于所述增益介质板条的上表面或下表面，所述蓝宝石晶体的第二侧面垂直于所述增益介质板条的上表面和下表面，所述蓝宝石晶体的第三侧面朝向于所述泵浦光的射入方向。
6.根据权利要求5所述的泵浦耦合装置，其特征在于，所述泵浦光以垂直于所述第三侧面的方向射入所述蓝宝石晶体，并经过所述蓝宝石晶体的折射后，射入所述增益介质板条。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的泵浦耦合装置，其特征在于，在所述增益介质板条的上表面和下表面的未键合有所述折射体的区域电镀有二氧化硅全反膜。
8.一种泵浦耦合装置的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
使用一块钇铝石榴石YAG陶瓷胚料和两块掺钕钇铝石榴石Nd：YAG陶瓷胚料制备Nd：YAG-YAG-Nd：YAG结构的增益介质板条；
按照布氏角度切割所述增益介质板条的两个端头；
在所述增益介质板条的上表面和/或下表面上键合折射体，且所述折射体位于泵浦光射入所述增益介质板条的位置；
在所述增益介质板条的上表面和下表面的未键合有所述折射体的区域电镀二氧化硅全反膜。
9.根据权利要求8所述的泵浦耦合装置的制造方法，其特征在于，所述折射体为三棱柱形的蓝宝石晶体；
所述蓝宝石晶体包括：第一侧面、第二侧面和第三侧面；其中，所述第一侧面与所述第二侧面呈90度夹角，所述第三侧面分别与所述第一侧面与所述第二侧面呈45度夹角。
10.根据权利要求9所述的泵浦耦合装置的制造方法，其特征在于，所述在所述增益介质板条的上表面和/或下表面上键合折射体，包括：
将所述蓝宝石晶体的第一侧面键合于所述增益介质板条的上表面或下表面，且所述蓝宝石晶体的第二侧面垂直于所述增益介质板条的上表面和下表面，所述蓝宝石晶体的第三侧面朝向于所述泵浦光的射入方向。
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