CN108011289A - 激光器及激光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光器及激光系统，涉及激光器的技术领域，该激光器包括：激励能源、调节物质和工作物质，其中，调节物质和工作物质的激活离子相同；激励能源发出的光沿目标光路传播，且在目标光路中，激励能源发出的光透射过调节物质后入射到工作物质。本发明提供的激光器通过调节物质即实现了维持激光功率相对稳定的目的，缓解了传统激光器结构繁杂且体积较大的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其是涉及一种激光器及激光系统。
背景技术
激光器的组件包括激励能源、工作物质和光学谐振腔。其中，工作物质对光存在一吸收带，当激励能源所发光的频率落在工作物质的吸收带内时，工作物质对光吸收，并且，工作物质对光的吸收率和光的具体频率有关。工作物质对光的吸收率及工作物质的受光强度决定了工作物质吸收的光能量，工作物质吸收的光能量决定了激光器发射的激光功率，激光功率是否稳定是衡量激光器优劣的一项重要指标。
然而，激励能源所发光的频率会因各种因素而发生波动，例如，在激励能源采用激光二极管的情况下，激光二极管所发光的频率会因温度而发生波动，那么，在温度具有较宽范围的情况下，激光二极管所发的光虽然落在工作物质的吸收带内，但是频率会有波动，从而，激光功率会变化，激光器的功率存在波动。
对于激光器功率波动的问题，市面上通常的解决方法是在激光光路中增设探测光功率变化的探测光路，探测光路中设置滤波片、分光片和光电探头。具体地：若将激光器初始输出的激光记作入射光，则入射光经滤波片滤掉杂散光，后经分光片分成两路，其中，包含入射光大部分能量的光路作为激光器出射光的光路，包含入射光小部分能量的光路射进光电探头内；或者，入射光经分光片分成两路，其中，包含入射光大部分能量的光路作为激光器出射光的光路，包含入射光小部分能量的光路经过滤波片后射进光电探头内。接着，光电探头感知到的激光功率强弱决定着供给激励能源能量的调节，从而使得激光器的功率相对稳定。
但是，上述解决方法所使用的传统激光器部件较多，从而，结构繁杂且体积较大。对于传统激光器结构繁杂且体积较大的技术问题，目前缺乏有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光器及激光系统，以缓解现有技术中，为了激光器功率稳定，激光器结构繁杂且体积较大的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种激光器，包括：激励能源、调节物质和工作物质，其中，
所述调节物质和所述工作物质的激活离子相同；
所述激励能源发出的光沿目标光路传播，且在所述目标光路中，所述激励能源发出的光透射过所述调节物质后入射到所述工作物质。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，激光器还包括耦合器件，其中，
所述耦合器件设于所述目标光路上，且所述耦合器件位于所述激励能源和所述工作物质之间，以使所述激励能源发出的光耦合进所述工作物质。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述耦合器件位于所述激励能源和所述调节物质之间，且所述调节物质和所述工作物质组接在一起。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，
所述调节物质和所述工作物质形成所述激光器的谐振腔，其中，所述工作物质的发光截面积小于预设截面积，所述预设截面积是保证激光器激光满足预设准直度的发光面积；或者，
所述调节物质、所述工作物质和输出镜形成所述激光器的谐振腔，其中，所述输出镜为所述激光器的激光输出元件。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述调节物质和所述工作物质之间通过胶体粘合在一起，或者，通过光胶组合在一起，其中，所述胶体为透明胶体。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述耦合器件位于所述调节物质和所述工作物质之间。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述调节物质、所述工作物质和输出镜形成所述激光器的谐振腔，其中，所述输出镜为所述激光器的激光输出元件。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述工作物质包括第一工作物质或第二工作物质，其中，
所述第一工作物质包括掺杂所述激活离子的激光基质材料；
所述第二工作物质包括倍频材料和掺杂所述激活离子的激光基质材料。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述激励能源的发射峰与所述工作物质的吸收峰匹配。
第二方面，本发明实施例还提供了一种激光系统，该激光系统采用第一方面所述的激光器。
本发明实施例带来了以下有益效果：该激光器包括：激励能源、调节物质和工作物质，其中，调节物质和工作物质的激活离子相同；激励能源发出的光沿目标光路传播，且在目标光路中，激励能源发出的光透射过调节物质后入射到工作物质，即，通过调节物质将激励能源入射到工作物质上的能量进行了调制，实现了保持激光器功率相对稳定的目的，从而缓解了传统激光器结构繁杂且体积较大的技术问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为传统激光器的一种探测光路；
图2为传统激光器的另一种探测光路；
图3为本发明实施例一提供的一种激光器的光路图；
图4为本发明实施例一提供的另一种激光器的光路图；
图5为本发明实施例一提供的另一种激光器的光路图；
图6为本发明实施例一提供的另一种激光器的光路图。
图标：1-调节物质；2-工作物质；3-激励能源；4-耦合器件；5-输出镜；6-滤波片；7-分光片；8-光电探头；10-入射光；11-第一光路；12-第二光路；13-第三光路；14-第四光路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
传统激光器中，为了激光器输出激光的功率相对稳定，在激光光路中增设了探测光功率变化的探测光路，探测光路中包括滤波片、分光片和光电探头。图1和图2分别示出了两种探测光路的光路示意图，将激光器初始输出的激光记作入射光，一种探测光路如图1所示，入射光10经滤波片6滤掉杂散光，后经分光片7分成两路，其中，第一光路11包含入射光10大部分能量，并作为激光器出射光的光路；第二光路12包含入射光10小部分能量，并射进光电探头8内。另一种探测光路如图2所示，入射光10经分光片7分成两路，其中，第三光路13包含入射光10大部分能量，并作为激光器出射光的光路；第四光路14包含入射光10小部分能量，并经过滤波片6后射进光电探头8内。然后，光电探头8感知到的激光功率强弱决定着供给激励能源能量的调节，从而使得激光器的功率相对稳定。
这种传统的激光器中，探测光路部件较多，从而，激光器结构繁杂且体积较大。基于此，本发明实施例提供一种激光器及激光系统，可以缓解传统激光器结构繁杂且体积较大的技术问题。
实施例一
如图3到图6所示，本发明实施例提供了一种激光器。
如图3所示，该激光器包括：激励能源3、调节物质1和工作物质2，其中，
调节物质1和工作物质2的激活离子相同；
激励能源3发出的光沿目标光路传播，且在目标光路中，激励能源3发出的光透射过调节物质1后入射到工作物质2。
具体地，工作物质2的发光强度与受光强度及工作物质2中掺杂的激活离子对光波的吸收率具有正相关关系。该激光器中，由于调节物质1和工作物质2的激活离子相同，因而，如果工作物质2对光波有较强吸收率，则调节物质1也对光波具有较强吸收率；如果工作物质2对光波有较弱吸收率，则调节物质1也对光波具有较弱吸收率。
鉴于上述原因，如果激励能源3发出的光波是激活离子吸收率较大的波长段，调节物质1会先对该光波进行较强吸收，从而，透射过调节物质1后入射到工作物质2的光照强度会减弱，因而，对于工作物质2来说，在较强的光波吸收率和较弱的光照强度的联合作用下，工作物质2的发光强度能维持相对稳定，从而激光器的功率维持相对稳定；如果激励能源3发出的光波是激活离子吸收率较小的波长段，则调节物质1会对该光波进行较弱吸收，从而，透射过调节物质1后入射到工作物质2的光照强度会较强，因而，对于工作物质2来说，在较弱的光波吸收率和较强的光照强度的联合作用下，工作物质2的发光强度能维持相对稳定，从而激光器的功率维持相对稳定。
需要强调的是，本发明实施例中，调节物质1的作用是对工作物质2的吸光能量进行调制，为了使激励能源3所发的光绝大部分被用于工作物质2产生辐射，调节物质1的体积可以小于工作物质2的体积。进一步，若将调节物质1体积和工作物质2体积之间的比例关系记作目标比例关系，则激光器的功率的稳定程度由目标比例关系决定，且对于激励能源3不同的发光波段，或，对于不同工作物质2的吸收带，目标比例关系取同一比例值，激光器功率的稳定程度会有所变化。
本发明实施例中，通过在工作物质2之前光路上添加调节物质1，实现了保持激光器功率相对稳定的目的，提高了激光器对环境的适应度，与传统激光器相比，免去了探测光路的复杂结构，具有结构简单和体积小的优点，从而缓解了传统激光器结构繁杂且体积较大的技术问题。
需要说明的是，激光器包括固体激光器、液体激光器、气体激光器，激励能源3和工作物质2是所有种类激光器的必备部件，而工作物质2因激光器种类的不同而不同，这里不对工作物质2作具体限定，只要调节物质1和工作物质2的激活离子相同，则调节物质1就对激励能源3入射到工作物质2上的能量进行了调制，从而使得激光器的功率维持相对稳定。
本发明实施例的一个可选实施方式中，激光器还包括耦合器件4，其中，
耦合器件4设于目标光路上，且耦合器件4位于激励能源3和工作物质2之间，以使激励能源3发出的光耦合进工作物质2，从而有效利用激励能源3所发的光能。
具体地，耦合器件4使激励能源3发出的光耦合进工作物质2，可以是透镜耦合，或是光纤耦合，或是直接耦合，这里不作具体限定。
由于激励能源3和工作物质2之间设有调节物质1，因而，耦合器件4的位置分为如下两种情况：
(一)耦合器件4位于激励能源3和调节物质1之间
该种情况中，调节物质1和工作物质2位于耦合器件4的同一侧，调节物质1和工作物质2组接在一起，从调节物质1透射的光直接入射到工作物质2，调节物质1对激励能源3所发光的吸收作用更加灵敏地影响这工作物质2的受光强度，从而有利于调节物质1对工作物质2起到较好的调制作用。
具体地，图4和图5所示为调节物质1和工作物质2组接在一起的两种激光器的光路图。其中，
第一种激光器的光路图，参照图4，是调节物质1和工作物质2组接在一起形成激光器的谐振腔，其中，工作物质2的发光截面积小于预设截面积，预设截面积是保证激光器激光满足预设准直度的发光面积。
需要说明的是，预设截面积可因对激光准直性的要求而定，对激光准直性的要求越严格，预设准直度越大，预设截面积越小；对激光准直性的要求越宽松，预设准直度越小，预设截面积越大，这里对预设截面积不作具体限定。
第二种激光器的光路图，参照图5，是调节物质1、工作物质2组接在一起后与输出镜5结合形成激光器的谐振腔，其中，输出镜5为激光器的激光输出元件。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，调节物质1和工作物质2之间通过胶体粘合在一起，或者，通过光胶组合在一起，其中，胶体为透明胶体。
(二)耦合器件4位于调节物质1和工作物质2之间
参照图6，该种情况中，调节物质1、工作物质2和输出镜5形成激光器的谐振腔，其中，输出镜5为激光器的激光输出元件，工作物质2产生的光在谐振腔内振荡后从输出镜5输出准直性较好的激光。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，工作物质2包括第一工作物质或第二工作物质，其中，
第一工作物质包括掺杂激活离子的激光基质材料；
第二工作物质包括倍频材料和掺杂激活离子的激光基质材料。
具体地，在激光器为固体激光器的情形下，激光基质材料例如有：钒酸钇晶体(YVO4)、钇铝石榴石晶体(YAG)、硼酸氧钙钆晶体(GDCOB)、四硼酸铝钇晶体(YAB)，激活离子在激光基质材料中的浓度选择范围可以从0.1％-100％，激光基质材料所制作的工作物质2长度选择范围可以从0.1mm-100mm；倍频材料例如有磷酸钛氧钾晶体(KTP)、三硼酸锂晶体晶体(LBO)。
本发明实施例中，第一工作物质用于使激光器产生基频激光；第二工作物质用于使激光器产生倍频激光，扩大了激光的波段，获得更短波长的激光。
本发明实施例的另一个可选实施方式中，激励能源3的发射峰与工作物质2的吸收峰匹配。
具体地，激励能源3可以采用红外激光二极管(Laser diode，简称，LD)，该红外LD封装形式可以是TO封装，或者C-mount封装。需要强调的是，这是只是对激励能源3所举实例，并不表示对激励能源3的限制，关于激励能源3的具体种类及红外LD的封装形式，本发明实施例不作具体限定。
需要说明的是，发射峰是激励能源3向外辐射光能量的波峰，吸收峰是工作物质2吸收光能量将电子激发到激发态的波峰，激励能源3的发射峰与工作物质2的吸收峰匹配，有利于工作物质2充分利用激励能源3的光能量。
实施例二
本发明实施例提供了一种激光系统，该激光系统采用实施例一中的激光器。
具体地，该激光器包括：激励能源、调节物质和工作物质，其中，调节物质和工作物质的激活离子相同；激励能源发出的光沿目标光路传播，且在目标光路中，激励能源发出的光透射过调节物质后入射到工作物质，即，通过调节物质将激励能源入射到工作物质上的能量进行了调制，实现了保持激光器功率相对稳定的目的，从而缓解了传统激光器结构繁杂且体积较大的技术问题，进而有利于本发明实施例中激光系统的组装，也有利于激光系统体积的缩小和结构的精简。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种激光器，其特征在于，包括：激励能源、调节物质和工作物质，其中，
所述调节物质和所述工作物质的激活离子相同；
所述激励能源发出的光沿目标光路传播，且在所述目标光路中，所述激励能源发出的光透射过所述调节物质后入射到所述工作物质。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，还包括耦合器件，其中，
所述耦合器件设于所述目标光路上，且所述耦合器件位于所述激励能源和所述工作物质之间，以使所述激励能源发出的光耦合进所述工作物质。
3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述耦合器件位于所述激励能源和所述调节物质之间，且所述调节物质和所述工作物质组接在一起。
4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，
所述调节物质和所述工作物质形成所述激光器的谐振腔，其中，所述工作物质的发光截面积小于预设截面积，所述预设截面积是保证激光器激光满足预设准直度的发光面积；或者，
所述调节物质、所述工作物质和输出镜形成所述激光器的谐振腔，其中，所述输出镜为所述激光器的激光输出元件。
5.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述调节物质和所述工作物质之间通过胶体粘合在一起，或者，通过光胶组合在一起，其中，所述胶体为透明胶体。
6.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述耦合器件位于所述调节物质和所述工作物质之间。
7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述调节物质、所述工作物质和输出镜形成所述激光器的谐振腔，其中，所述输出镜为所述激光器的激光输出元件。
8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述工作物质包括第一工作物质或第二工作物质，其中，
所述第一工作物质包括掺杂所述激活离子的激光基质材料；
所述第二工作物质包括倍频材料和掺杂所述激活离子的激光基质材料。
9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激励能源的发射峰与所述工作物质的吸收峰匹配。
10.一种激光系统，其特征在于，该激光系统采用权利要求1-9中任一项所述的激光器。
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