CN112271542A - 一种自适应稳定谐振腔激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体激光器，尤其涉及一种自适应稳定谐振腔激光器，其结构包括侧面泵浦装置、增益介质、第一角锥棱镜、至少一个第二角锥棱镜，增益介质设置在第一角锥棱镜和第二角锥棱镜之间，第一角锥棱镜的旋转轴线和增益介质的水平中心轴线重合；当泵浦装置发出的泵浦光的光束入射至增益介质的侧面时，第一角锥棱镜与至少一个第二角锥棱镜之间形成多个谐振腔，增益介质产生的震荡光束分别在多个谐振腔内沿顺时针、逆时针同时震荡。本发明提出一种自适应稳定谐振腔激光器，解决了现有激光器对全反镜的位置依赖性高、腔长及角度无法自由切换的问题。

Description

一种自适应稳定谐振腔激光器

技术领域

本发明涉及一种固体激光器，尤其涉及一种自适应稳定谐振腔激光器。

背景技术

现有固体激光器谐振腔的结构，一般选择全反镜和部分透射镜组成。虽然这种选择方式适合周围环境稳定，且工作平台不易产生振动，但上述结构对全反镜的位置依赖性高，腔长及角度无法自由切换，当全反镜发生转动或长距离移动时会导致泵浦光斑和震荡光斑偏离，导致输出功率变化；也无法实现激光器的被动式激光无线充电功能。

发明内容

本发明提出一种自适应稳定谐振腔激光器，以解决现有激光器对全反镜的位置依赖性高，腔长及角度无法自由切换的问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：提供一种自适应稳定谐振腔激光器，其特殊之处在于：包括用于提供泵浦光的侧面泵浦装置，增益介质，第一角锥棱镜，至少一个第二角锥棱镜，

所述增益介质设置在第一角锥棱镜和第二角锥棱镜之间，所述第一角锥棱镜的旋转轴线和所述增益介质的水平中心轴线重合；

当所述侧面泵浦装置发出的泵浦光的光束入射至所述增益介质的侧面时，所述第一角锥棱镜和所述第二角锥棱镜之间形成与第二角锥棱镜数量相同的多个环形谐振腔，所述增益介质产生的震荡光束分别在多个环形谐振腔内沿顺时针、逆时针同时震荡。

进一步地，所述第一角锥棱镜到所述增益介质的距离小于所述第二角锥棱镜到所述增益介质之间的距离。

进一步地，所述第二角锥棱镜与所述增益介质之间的距离不超过5米。

进一步地，所述增益介质的水平中心轴线与所述第二角锥棱镜的旋转轴线之间的夹角的角度在正负20度的范围内。

进一步地，还包括用于检测激光输出的45°部分透射镜，所述45°部分透射镜位于所述增益介质和所述第二角锥棱镜之间，所述45°部分透射镜的两面均镀1064nm增透膜。

进一步地，还包括光电转换模块，所述光电转换模块位于所述增益介质和所述第二角锥棱角之间。

进一步地，所述侧面泵浦装置1采用脉冲泵浦的方式，侧面泵浦装置1为Bar条阵列。。

进一步地，所述增益介质为圆柱状或者长方体，材质是以钇铝石榴石(YAG)作为基质掺杂其他活性离子。

进一步地，所述第一角锥棱镜和所述第二角锥棱镜的形状、材质相同，材质为K9玻璃本发明的优点：

1)本发明利用双角锥棱镜形成的环形谐振腔，具有较高的抗失谐特性，第二角锥棱镜可实现三维平移、转动，激光输出角度可调谐；

2)本发明可同时形成多个光学谐振腔，从而可实现较高的腔内光功率以及较低的光功率密度；

3)本发明采用侧面脉冲泵浦激光增益介质，增益介质接受泵浦面积大，使得远离增益介质一端的第二角锥棱镜仍可构成稳定谐振腔并形成激光振荡；

4)本发明采用第一角锥棱镜和多个第二角锥棱镜组成的谐振腔结构，由于角锥棱镜具有空间定向反射特性，以任意方向入射的空间光线经过理想角锥棱镜的三个反射面相继反射后，仍以入射光线严格平行的方向返回，使得多个角锥棱镜构成的谐振腔易于调节；

5)当第一角锥棱镜的位置固定时，沿轴线移动第二角锥棱镜，其沿轴距离可调节，适应不同工作距离的需求；

6)当第一角锥棱镜的位置固定时，保持谐振腔距离，可在三维空间转动第二角锥棱镜，使其角度可调谐；

7)本发明中第二角锥棱镜可以是一个棱镜，也可以是多个小角锥棱镜组成，可操作性大，简单灵活。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图。

其中：1-侧面泵浦装置、2-增益介质、3-第一角锥棱镜、4-第二角锥棱镜、5-45°部分透射镜。

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发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

一种自适应稳定谐振腔激光器，包括用于提供泵浦光的侧面泵浦装置1，以及增益介质2、第一角锥棱镜3、至少一个第二角锥棱镜4，其中，

增益介质2设置在第一角锥棱镜3和第二角锥棱镜4之间，第一角锥棱镜3的旋转轴线和增益介质2的水平中心轴线重合；

当侧面泵浦装置1发出的泵浦光的光束入射至增益介质2的侧面时，第一角锥棱镜3和第二角锥棱镜4之间形成与第二角锥棱镜数量相同的多个环形谐振腔，增益介质2产生的震荡光束分别在多个环形谐振腔内沿顺时针、逆时针同时震荡。

作为本发明一个优选的实施例，第一角锥棱镜3到增益介质2的距离小于第二角锥棱镜4到增益介质2之间的距离。

作为本发明一个优选的实施例，第二角锥棱镜4与增益介质2之间的距离不超过5米。

作为本发明一个优选的实施例，增益介质2的水平中心轴线与第二角锥棱镜4的旋转轴线之间的夹角的角度在正负20度的范围内。

实施例1：如图1所示，一种自适应稳定谐振腔激光器，包括圆柱状的增益介质2、第一角锥棱镜3、第二角锥棱镜4、45°部分透射镜5和侧面泵浦装置1。

增益介质2用于产生激光增益，材质是以钇铝石榴石(YAG)作为基质掺杂其他活性离子。

第一角锥棱镜3和第二角锥棱镜4分别设置在增益介质2的左右两侧，第一角锥棱镜3和第二角锥棱镜4的入射面均镀1微米的高透膜，第一角锥棱镜3的旋转轴线和增益介质2的水平中心轴线重合，旋转轴线和水平中心轴线重合能够保证第一角锥棱角3和第二角锥棱镜4可以形成稳定环形谐振腔。

45°部分透射镜5，镜片两面均镀1064nm增透膜，通过调整镜片与水平轴线角度，从而改变1064nm透射率来实现部分激光出射或检验谐振腔内激光振荡。

侧面泵浦装置1，采用脉冲泵浦的方式，侧面泵浦装置1为Bar条阵列，通过透镜以及增益介质2侧面的金属反射膜为增益介质2提供晶体增益，从而使构成的环形谐振腔内的基横模均可以在增益介质2内形成振荡。采用侧面泵浦激光增益介质，增益介质2接受泵浦面积大，进而使环形谐振腔远离增益介质2一端的第二角锥棱角4可实现自由移动并仍有振荡光。

工作原理：侧面泵浦装置1提供的泵浦光束从增益介质2的侧面入射，增益介质2产生的振荡光束分别在由第一角锥棱镜3和第二角锥棱镜4构成的环形谐振腔内沿顺时针、逆时针同时振荡进而形成激光。

向右传播的振荡光束经过45°部分透射镜5后入射到第二角锥棱镜4，在第二角锥棱镜4内经过三次全反射，向右传播的振荡出射光束的平行光束入射至45°部分透射镜5，再次经过45°部分透射镜5入射至增益介质2，参与激光增益，经过增益介质2后入射至第一角锥棱镜3，在第一角锥棱镜3内经过三次全反射，向右传播的振荡出射光束的平行入射光束入射至增益介质2，参与激光增益，然后经过45°部分透射镜5，部分激光经45°透射镜反射出去。

向左传播的振荡光束入射至第一角锥棱镜3，在第一角锥棱镜3内发生三次全反射，向左传播的振荡出射光束的平行入射光束入射至增益介质2内，参与激光增益，经过45°部分透射镜5入射至第二角锥棱镜4，在第二角锥棱镜4内经过三次全反射，向左传播的振荡出射光束的平行入射光束经过45°部分透射镜5入射至增益介质2，参与激光增益，按照这种轨迹传播，在经过45°部分透射镜5时，部分激光经45°透射镜5反射出。

侧面泵浦装置1以及第一角锥棱角3、第二角锥棱角4使得激光器内的激光实现多个基横模同时振荡，且第二角锥棱镜2也可以实现宽范围转动、长距离平移或同时进行转动与平移，实现一个或多个基横模振荡。第一角锥棱镜3、第二角锥棱镜4构成的两个环形谐振腔结构具有较高的抗失谐特性，从而可实现较高的腔内光功率以及较低的光功率密度。

实施例2，如图2所示，一种自适应稳定谐振腔激光器，包括圆柱状的增益介质2、第一角锥棱镜3、两个第二角锥棱镜4、45°部分透射镜5和侧面泵浦装置1。

增益介质2、侧面泵浦装置1、45°部分透射镜5的结构可参照实施例1。

第一角锥棱镜3、两个第二角锥棱镜4分别设置在增益介质2的左右两侧，两个第二角锥棱镜4的旋转轴线和增益介质2的水平中心轴线之间存在夹角。第一角锥棱镜3和第二角锥棱镜4的入射面均镀1微米的高透膜，第一角锥棱镜3的旋转轴线和增益介质2的水平中心轴线重合，旋转轴线和水平中心轴线重合能够保证第一角锥棱角3和第二角锥棱镜4可以形成两个稳定的环形谐振腔。

侧面泵浦装置1提供的泵浦光束从增益介质2侧面入射，增益介质2产生的振荡光束分别向右、向右传播。角锥棱镜，也称定向回归器，以任意方向入射的空间光线经过理想角锥棱镜的三个反射面相继反射后，仍以入射光线严格平行的方向返回。

振荡光向左、向右非平行传播同样经过第一角锥棱镜3以及两个第二角锥棱镜4，最终经过45°部分透射镜5出射。

工作原理：第一角锥棱镜3和两个第二角锥棱镜4构成环形谐振腔，泵浦光入射至增益介质2内，增益介质2产生向左、向右振荡光束。向右传播的振荡光束经过45°部分透射镜5后入射到其中一个第二角锥棱镜4，在该第二角锥棱镜4内经过三次全反射，向右传播振荡出射光束平行入射光束，再次经过45°部分透射镜5入射至增益介质2，参与激光增益，经过增益介质2后入射至第一角锥棱镜3，在第一角锥棱镜3内经过三次全反射，向右传播振荡出射光束平行入射光束入射至增益介质2，参与激光增益，然后经过45°部分透射镜5，部分激光经45°透射镜5反射出去。

向左传播的振荡光束入射至第一角锥棱镜3，在第一角锥棱镜3内发生三次全反射，向左传播振荡出射光束平行入射光束入射至增益介质2内，参与激光增益，经过45°部分透射镜5入射至前述中的第二角锥棱镜4，在第二角锥棱镜4内经过三次全反射，向左传播振荡出射光束平行入射光束经过45°部分透射镜5入射至激光增益介质2，参与激光增益，按照这种轨迹传播，在经过45°部分透射镜时，部分激光经45°透射镜反射出去。

增益介质2产生向左、向右振荡光束在另一个第二角锥棱镜的行程一致，这里不过多赘述。

第一角锥棱镜3和两个第二角锥棱镜4形成的两个环形谐振腔实现了较高的腔内光功率，可使激光从多个方向输出。

作为本发明一个优选的实施例，第二角锥棱镜3在沿轴移动时，与增益介质2之间的距离不超过5米。第二角锥棱镜3在沿轴移动时，增益介质2的水平中心轴线与第二角锥棱镜3的旋转轴线之间的夹角的角度在正负20度的范围内。本发明中采用双角锥棱镜构成的结构，使得第二角锥棱镜4可在上述规定的范围内进行移动或旋转，上述范围保证了第一角锥棱镜3与第二角锥棱角4形成的稳定环形谐振腔内对应的环行振荡光束在均在晶体内。

作为本发明一个优选的实施例，激光器还包括光电转换模块，光电转换模块位于增益介质2和第二角锥棱镜4之间，激光器和光电转换模块组成的结构可以实现被动式激光无线充电功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，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系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自适应稳定谐振腔激光器，其特征在于，包括用于提供泵浦光的侧面泵浦装置(1)，以及增益介质(2)、第一角锥棱镜(3)、至少一个第二角锥棱镜(4)，其中，

所述增益介质(2)设置在第一角锥棱镜(3)和第二角锥棱镜(4)之间，所述第一角锥棱镜(3)的旋转轴线和所述增益介质(2)的水平中心轴线重合；

当所述侧面泵浦装置(1)发出的泵浦光的光束入射至所述增益介质(2)的侧面时，所述第一角锥棱镜(3)和所述第二角锥棱镜(4)之间形成与第二角锥棱镜数量相同的多个环形谐振腔，所述增益介质(2)产生的震荡光束分别在多个环形谐振腔内沿顺时针、逆时针同时震荡。

2.根据权利要求1所述的一种自适应稳定谐振腔激光器，其特征在于，所述第一角锥棱镜(3)到所述增益介质(2)的距离小于所述第二角锥棱镜(4)到所述增益介质(2)之间的距离。

3.根据权利要求2所述的一种自适应稳定谐振腔激光器，其特征在于，所述第二角锥棱镜(4)与所述增益介质(2)之间的距离不超过5米。

4.根据权利要求2所述的一种自适应稳定谐振腔激光器的，其特征在于，所述增益介质(2)的水平中心轴线与所述第二角锥棱镜(4)的旋转轴线之间的夹角的角度在正负20度的范围内。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种自适应稳定谐振腔激光器，其特征在于，还包括用于检测激光出射的45°部分透射镜(5)，所述45°部分透射镜(5)位于所述增益介质(2)和所述第二角锥棱镜(4)之间，所述45°部分透射镜(5)的两面均镀1064nm增透膜。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种自适应稳定谐振腔激光器，其特征在于，还包括光电转换模块，所述光电转换模块位于所述增益介质(2)和所述第二角锥棱镜(4)之间。

7.根据权利要求1所述的一种自适应稳定谐振腔激光器的，其特征在于，所述侧面泵浦装置(1)采用脉冲泵浦的方式，侧面泵浦装置(1)为Bar条阵列。

8.根据权利要求1-4所述的一种自适应稳定谐振腔激光器的结构，其特征在于，所述增益介质(2)为圆柱状或者长方体，材质是以钇铝石榴石作为基质掺杂其他活性离子。

9.根据权利要求1-4所述的一种自适应稳定谐振腔激光器的结构，其特征在于，所述第一角锥棱镜(3)和所述第二角锥棱镜(4)的形状、材质相同，材质为K9玻璃。

10.根据权利要求1所述的一种自适应稳定谐振腔激光器的结构，其特征在于，所述第一角锥棱镜(3)和第二角锥棱镜(4)的入射面均镀1微米的高透膜。

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