CN108736303A - 一微米波段的固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一微米波段的固体激光器，包括，依次排列的高亮度泵浦源系统及固体激光谐振腔；所述高亮度泵浦源系统包括，至少一个特定波长输出的光纤激光器及能使光源耦合进入所述固体激光谐振腔的聚焦透镜，所述光纤激光器的输出功率不低于10W；所述固体激光谐振腔包括，依次排列的双色镜、固体激光增益介质及部分反射镜；所述双色镜可透过全部泵浦光，同时反射全部激光光束，所述部分反射镜用于输出激光光束。本技术方案能够在提高亮度泵浦源系统的斜率效率的同时，减弱热效应对激光器性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，尤其是指一种一微米波段的固体激光器。
背景技术
1960年，世界上第一台激光器—红宝石激光器诞生。这是一台使用闪光灯作为泵浦源，红宝石作为增益介质，产生红光的激光器。由于红宝石是固态晶体，因此这台激光器也是世界上第一台固体激光器。随着材料学的发展，掺稀土元素玻璃或者掺稀土元素晶体逐步成为固体激光器中主要的增益介质，人们从此将固体激光器定义为使用掺稀土元素玻璃或者掺稀土元素晶体作为增益介质的激光器。
在固体激光器的发展历程中，如何克服增益介质由于发热而产生的各种热效应以及如何提高激光器的斜率效率一直是固体激光器研究人员着力解决的问题，解决这些问题的根本途径是使用高亮度的泵浦源。目前广泛应用于固体激光器中的半导体激光器泵浦源，相较于传统的闪光灯泵浦源，输出光斑的亮度已经有了提升，但是为了提高半导体激光器的输出耦合效率，这类泵浦源多使用多模光纤输出，使得对于亮度的提升仍然有限。从光源的亮度进行选择，光纤激光器是作为固体激光器泵浦源的下一个选项。当使用光纤激光器这种高亮度光源作为泵浦源时，由于泵浦光与信号光的重叠得到加强，可以在固体激光器中使用低掺杂浓度、长度更长的增益介质。这样一来，由于增益介质体积面积比的增加，使得散热变得容易，进而降低了热效应对激光器性能的影响。
因此，有必要提出一种一微米波段的固体激光器，让固体激光器获得更高斜率效率的同时，减弱热效应对激光器性能的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种一微米波段的固体激光器，用于解决一微米波段固体激光器热效应影响大、斜率效率低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种一微米波段的固体激光器，包括，依次排列的高亮度泵浦源系统及固体激光谐振腔；
所述高亮度泵浦源系统包括，至少一个特定波长输出的光纤激光器及能使光源耦合进入所述固体激光谐振腔的聚焦透镜，所述光纤激光器的输出功率不低于10W；
所述固体激光谐振腔包括，依次排列的双色镜、固体激光增益介质及部分反射镜；所述双色镜可透过全部泵浦光，同时反射全部激光光束，所述部分反射镜用于输出激光光束。
进一步的，所述高亮度泵浦源系统包括高功率泵浦源以及驱动电源，所述驱动电源与高功率泵浦源电连接，所述驱动电源给所述高功率泵浦源供电。
进一步的，所述高功率泵浦源的波长在所掺杂稀土元素的吸收区内。
进一步的，所述聚焦透镜设于所述高功率泵浦源前方，用于对高功率泵浦源射出的激光进行耦合。
进一步的，所述光纤激光器包括至少一个半导体激光二极管、一个基于熔融拉锥技术的光纤信号泵浦合束器和至少一段掺稀土光纤。进一步的，所述光纤激光器还包括至少一对反射式或者透射式的布拉格光栅，用于形成光纤激光谐振腔并进行波长选择。
进一步的，所述光纤激光器还包括至少一对光纤准直器和反射镜的组合，用于形成光纤激光谐振腔；至少一个信号波长选择器，用于进行波长选择。
进一步的，所述信号波长选择器为窄线宽滤光片。
进一步的，所述信号波长选择器是对选定波长衍射的反射式布拉格光栅。
进一步的，所述固体激光增益介质为掺稀土元素玻璃或掺稀土元素晶体，包括但不限于掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)、掺钕钨酸钆钾(Nd:KGW)、掺镱钨酸钆钾(Yb:KGW)。
本发明的有益效果在于：本发明使用光纤激光器这种高亮度光源作为泵浦源，泵浦光与信号光的重叠得到加强，从而提高泵浦光的吸收效率；与此同时，使用低掺杂浓度的固体激光增益介质，激光器将获得更高的斜率效率，同时由于增益介质变长，使得散热变得容易，进而降低了热效应对激光器性能的影响。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构。
图1为本发明的一微米波段的固体激光器的实施例的结构示意图。
其中，1-高功率泵浦源、2-泵浦合束器、3-高反射率光纤光栅、4-掺稀土光纤、5-部分反射光纤光栅、6-聚焦透镜、7-双色镜、8-固体激光增益介质、9-反射镜。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
以下技术方案参考图1。
一种一微米波段的固体激光器，包括，依次排列的高亮度泵浦源系统及固体激光谐振腔；
所述高亮度泵浦源系统包括，至少一个特定波长输出的光纤激光器及能使光源耦合进入所述固体激光谐振腔的聚焦透镜6，所述光纤激光器的输出功率不低于10W；
所述固体激光谐振腔包括，依次排列的双色镜7、固体激光增益介质8及部分反射镜9；所述双色镜7可透过全部泵浦光，同时反射全部激光光束，所述部分反射镜9用于输出激光光束。
优选地，所述固体激光增益介质8为掺稀土元素玻璃或掺稀土元素晶体。
其中，所述的固体激光增益介质8为固体激光放大器中使用了掺稀土元素玻璃或掺稀土元素晶体，包括但不限于掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)、掺钕钨酸钆钾(Nd:KGW)、掺镱钨酸钆钾(Yb:KGW)，还包括对增益介质进行温控的加热设备。
所述的双色镜7对激光光束全反射，对作为泵浦源的光纤激光器的输出波长增透。
本技术方案中，使用光纤激光器这种高亮度光源作为泵浦源，泵浦光与信号光的重叠得到加强，从而提高泵浦光的吸收效率；与此同时，激光器也将获得更高的斜率效率，同时由于增益介质变长，使得散热变得容易，进而降低了热效应对激光器性能的影响。
在一具体实施例中，所述光纤激光器包括高功率泵浦源1以及驱动电源，所述驱动电源与高功率泵浦源1电连接，所述驱动电源给所述高功率泵浦源1供电。
其中，高功率泵浦源1由多个多模半导体激光器和驱动电源组成，每个半导体激光器功率为数瓦乃至数十瓦，其输出的波长可以是975纳米、940纳米、或915纳米，优选的采用波长为975纳米。通过给所述高亮度泵浦源1连续供电或进行调制，实现光纤激光器连续或准连续输出。
在一具体实施例中，所述光纤激光器包括至少一个高功率泵浦源1、一个基于熔融拉锥技术的光纤信号泵浦合束器2和至少一段掺稀土光纤4。
优选地，所述高功率泵浦源1的波长在所掺杂稀土元素的吸收区内。
优选地，所述泵浦合束器2设于所述高亮度泵浦源1前方，用于对高功率泵浦源1射出的激光进行耦合。
优选地，所述光纤激光器还包括至少一对反射式或者透射式的布拉格光栅，用于形成光纤激光谐振腔并进行波长选择。
优选地，所述光纤激光器还包括至少一对光纤准直器和反射镜的组合，用于形成光纤激光谐振腔；至少一个信号波长选择器，用于进行波长选择。
优选地，所述信号波长选择器为窄线宽滤光片。
优选地，所述信号波长选择器是对选定波长衍射的反射式布拉格光栅。
其中，泵浦合束器2为本实施案例中的基于熔融拉锥技术的光纤泵浦合束器，实现了多个泵浦光与信号光的组合；高反射率光纤光栅3和部分反射光纤光栅5为本实施案例中的信号波长选择与光纤激光谐振腔反射原件组合器。同时，光纤激光器产生的高亮度激光束由部分反射光纤光栅5输出，并由所述部分反射光纤光栅5前方的聚焦透镜6耦合入固体激光谐振腔。
掺稀土光纤4为本实施案例中的光纤激光器的增益介质，其中掺入的稀土元素可以是镱或者钕，根据光纤激光器所要求的输出波长进行选择。同时，根据对于光纤激光器不同的输出要求，可以在单包层掺稀土光纤与双包层掺稀土光纤之间，保偏掺稀土光纤以及非保偏掺稀土光纤之间，以及各种芯径的掺稀土光纤之间进行选择和组合。
在一具体实施例中，一种一微米波段的固体激光器，其包括：高亮度泵浦源系统和固体激光谐振腔；
所述高亮度泵浦源系统包括：光纤激光器，所述光纤激光器包括高功率泵浦源1，所述高功率泵浦源1的前方设有泵浦合束器2，所述泵浦合束器2前方设有高反射率光纤光栅3，所述高反射率光纤光栅3的前方设有掺稀土光纤4以及部分反射光纤光栅5；同时，光纤激光器的输出功率不低于10W；
所述谐振腔包括双色镜7，所述双色镜7前方设有固体激光增益介质8，所述固体激光增益介质8前方设有反射镜9。
其中，所述高功率泵浦源1由n个多模半导体激光器和驱动电源组成，每个半导体激光器功率为数瓦乃至数十瓦，其输出的波长可以是975纳米、940纳米、或915纳米，优选的采用波长为975纳米。通过给所述高功率泵浦源1连续供电或进行调制，实现光纤激光器连续或准连续输出。
本实施案例用高亮度光源泵浦的固体激光放大器的具体工作模式为：波长在914纳米，或者940纳米，或者976纳米的高功率泵浦源1，通过泵浦合束器2以及高反射率光纤光栅3耦合到掺镱的掺稀土光纤4中，在光纤激光谐振腔中振荡产生的波长为1005～1020纳米的高亮度光纤激光通过部分反射光纤光栅5输出；然后，此高亮度光纤激光输出光束通过聚焦透镜6准直并透过双色镜7耦合入固体激光谐振腔中。在固体激光谐振腔中，掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)作为固体激光增益介质8，产生波长为1030纳米的信号激光光束由部分反射镜9输出。
此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。
此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种一微米波段的固体激光器，其特征在于：包括，依次排列的高亮度泵浦源系统及固体激光谐振腔；
所述高亮度泵浦源系统包括，至少一个特定波长输出的光纤激光器及能使光源耦合进入所述固体激光谐振腔的聚焦透镜，所述光纤激光器的输出功率不低于10W；
所述固体激光谐振腔包括，依次排列的双色镜、固体激光增益介质及部分反射镜；所述双色镜可透过全部泵浦光，同时反射全部激光光束，所述部分反射镜用于输出激光光束。
2.如权利要求1所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述高亮度泵浦源系统包括高功率泵浦源以及驱动电源，所述驱动电源与高功率泵浦源电连接，所述驱动电源给所述高功率泵浦源供电。
3.如权利要求2所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述光纤激光器包括至少一个半导体激光二极管、一个基于熔融拉锥技术的光纤信号泵浦合束器和至少一段掺稀土光纤。
4.如权利要求3所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述高功率泵浦源的波长在所掺杂稀土元素的吸收区内。
5.如权利要求4所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述聚焦透镜设于所述高功率泵浦源前方，用于对高功率泵浦源射出的激光进行耦合。
6.如权利要求2所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述光纤激光器还包括至少一对反射式或者透射式的布拉格光栅，用于形成光纤激光谐振腔并进行波长选择。
7.如权利要求2所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述光纤激光器还包括至少一对光纤准直器和反射镜的组合，用于形成光纤激光谐振腔；至少一个信号波长选择器，用于进行波长选择。
8.如权利要求7所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述信号波长选择器为窄线宽滤光片。
9.如权利要求7所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述信号波长选择器是对选定波长衍射的反射式布拉格光栅。
10.如权利要求1所述的一微米波段的固体激光器，其特征在于：所述固体激光增益介质为掺稀土元素玻璃或掺稀土元素晶体，包括但不限于掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺镱钇铝石榴石(Yb:YAG)、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)、掺钕钨酸钆钾(Nd:KGW)、掺镱钨酸钆钾(Yb:KGW)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181102 |