CN113206432A - 一种梯形键合被动调q激光模组 - Google Patents

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齐子钦
张立
陈以焌
毛炫贺
毛婷微
杨周义
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Abstract

本发明公开了一种梯形键合被动调Q激光模组，包括有通过高温热扩散键合紧密复合的激光晶体、可饱和吸收体晶体和基质晶体，所述的激光晶体前端面设置有用于起到腔镜的作用的光学薄膜A，所述的基质晶体后端面设置有用于起到腔镜的作用的光学薄膜B，所述的设有光学薄膜A的激光晶体端面与设有光学薄膜B的基质晶体端面平行，光学薄膜A和B组成激光谐振腔，所述的可饱和吸收体晶体为直角梯形结构，该可饱和吸收体晶体直角梯形的斜边所在的面与基质晶体键合。本发明具有器件结构紧凑、操作简单、成本低和无需外部驱动装置持续供能的优势，更加适用于复杂的系统集成和小型化脉冲应用。

Description

一种梯形键合被动调Q激光模组
技术领域
本发明涉及一种调Q激光器件，具体是指一种梯形键合被动调Q激光模组。
背景技术
被动调Q(品质因数)激光器是一种产生高峰值脉冲激光的重要手段，它无需外部供能，通过在激光腔内插入对振荡光波具有可饱和吸收特性的特殊材料即可实现激光器调Q运转，具有结构紧凑、设计简单、成本低等优势。因此，其在制作小型化、高可靠性和现场应用脉冲激光器件等方面具有显著应用优势。在激光加工、激光医疗、激光测距等领域均需高峰值的脉冲激光器，且不同的实际应用需求对应的最佳适配脉冲参数也各不一样。由于目前的被动Q开关初始透过率单一而导致其在一定功率下脉冲参数调节不便，这一局限严重限制了被动调Q激光的应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种梯形键合被动调Q激光模组，其利用梯形键合可饱和吸收体晶体设计，可实现被动调Q激光器中的脉冲重复频率和脉冲宽度等参数连续可调。
为实现上述目的，本发明的技术方案是一种梯形键合被动调Q激光模组，包括有通过高温热扩散键合紧密复合的激光晶体、可饱和吸收体晶体和基质晶体，所述的激光晶体前端面设置有用于起到腔镜的作用的光学薄膜A，所述的基质晶体后端面设置有用于起到腔镜的作用的光学薄膜B，所述的设有光学薄膜A的激光晶体端面与设有光学薄膜B的基质晶体端面平行，光学薄膜A和B组成激光谐振腔，所述的可饱和吸收体晶体为直角梯形结构，该可饱和吸收体晶体直角梯形的斜边所在的面与基质晶体键合。
进一步设置是所述的光学薄膜A为对808nm附近波长增透同时对1.06μm波段全反，作为激光入射镜，所述的光学薄膜B对1.06μm波段3％到60％透过，作为激光输出镜。
进一步设置是所述的激光晶体采用Nd3+掺杂浓度为1％，尺寸为3×3×8mm3的Nd:YAG晶体。
进一步设置是所述的可饱和吸收体晶体是梯形结构Cr4+:YAG晶体，采用吸收系数为1.73cm-1的梯形可饱和吸收体晶体，此时上下边分别为0.7mm和2.2mm，对应可获得的最大和最小初始透过率分别为92％和68％。
进一步设置是所述的基质晶体是倒梯形纯YAG晶体，用于补偿梯形可饱和吸收体晶体存在的光折变和色散问题，同时辅助散射，与所述可饱和吸收体晶体对应的基质晶体上下边分别为5.8mm和4.3mm，从而可与可饱和吸收体组成梯形键合可饱和吸收体晶体。
综述所述，考虑到光通过直角梯形的可饱和吸收体晶体斜边时会造成光路折变及在变频激光腔内多波长色散的问题，所以进一步与倒梯形基质晶体键合来进行补偿光程。而且基质晶体不吸收激光，可起到改善热效应、稳定激光脉冲的作用。以梯形键合可饱和吸收体晶体与激光晶体键合，即构成可变参数被动调Q激光模组。该模组在半导体激光泵浦下可以直接产生脉冲参数连续可调的被动调Q激光输出。
本发明专利的工作过程：
使用时，该可变参数被动调Q激光模组需置于金属冷却模块以充分散热。以耦合系统整形后的808nm波长的半导体激光由光学薄膜A垂直入射可变参数被动调Q激光模组，即可产生1064nm激光。改变泵浦光在模组上的横向位置，使得光轴方向的可饱和吸收体通光长度改变，可使1064nm激光获得不同的初始透过率，实现脉冲参数连续可调。
本发明专利的有益效果是：
本发明打破了传统被动调Q激光器脉冲参数调节不便的局限性，达到了类似主动调Q激光器脉冲参数连续可调的功能。且相比于主动调Q，该可变参数被动调Q激光模组具有器件结构紧凑、操作简单、成本低和无需外部驱动装置持续供能的优势，更加适用于复杂的系统集成和小型化脉冲应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1本发明的结构示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，可变参数被动调Q激光模组由激光晶体1，可饱和吸收体晶体2，基质晶体3，及激光晶体1前端面的光学薄膜A和基质晶体3后端面的光学薄膜B组成。各晶体组件之间都通过高温热扩散键合技术紧密复合：首先将三段晶体端面经过精密抛光处理后贴在一起形成光胶，然后再对晶体进行热处理，实现界面分子相互扩散、融合，最终形成稳定化学键，达到真正意义上的结合为一体。键合后，都有光学薄膜A的激光晶体端面与镀有光学薄膜B的基质晶体端面严格平行。光学薄膜A和光学薄膜B直接镀制在对应的晶体表面起到腔镜的作用。整个被动调Q激光模组结构为：光学薄膜A/激光晶体1/可饱和吸收体晶体2/基质晶体3/光学介质膜B。其中，光学薄膜A和B组成激光谐振腔。
所述的光学薄膜中，镀制在激光晶体1前表面的光学薄膜A为对808nm附近波长(对于用作808nm附近波长LD泵浦的模块)增透同时对1.06μm波段全反，作为激光入射镜；镀制在基质晶体3后表面的光学薄膜B对1.06μm波段部分透过(透过率可选的范围较大，从3％到60％均可，略微影响输出功率)，作为激光输出镜。
所述的激光晶体1可以是Nd:YAG晶体(吸收峰位于808nm波长附近)，激光晶体的稀土离子掺杂浓度和晶体尺寸主要根据其激光性能来设计。一种优选是采用Nd3+掺杂浓度为1％，尺寸为3×3×8mm3的Nd:YAG晶体。
所述的可饱和吸收体晶体2可以是梯形结构Cr4+:YAG晶体，Cr4+掺杂浓度可根据对脉冲参数的调节需求灵活选择，梯形可饱和吸收晶体的上下边长由其浓度决定。一种优选是采用吸收系数为1.73cm-1的梯形可饱和吸收体晶体，此时上下边分别为0.7mm和2.2mm，对应可获得的最大和最小初始透过率分别为92％和68％。
所述的基质晶体3可以是倒梯形纯YAG晶体，其主要用于补偿梯形可饱和吸收体晶体存在的光折变和色散问题，同时辅助散射。因此，其尺寸不要过长，不固定。与上述优选可饱和吸收体晶体对应的基质晶体上下边分别为5.8mm和4.3mm，从而可与可饱和吸收体2组成梯形键合可饱和吸收体晶体。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种梯形键合被动调Q激光模组，其特征在于：包括有通过高温热扩散键合紧密复合的激光晶体(1)、可饱和吸收体晶体(2)和基质晶体(3)，所述的激光晶体(1)前端面设置有用于起到腔镜的作用的光学薄膜A，所述的基质晶体(3)后端面设置有用于起到腔镜的作用的光学薄膜B，所述的设有光学薄膜A的激光晶体端面与设有光学薄膜B的基质晶体端面平行，光学薄膜A和B组成激光谐振腔，所述的可饱和吸收体晶体(2)为直角梯形结构，该可饱和吸收体晶体(2)直角梯形的斜边所在的面与基质晶体(3)键合。
2.根据权利要求1所述的一种梯形键合被动调Q激光模组，其特征在于：所述的光学薄膜A为对808nm附近波长增透同时对1.06μm波段全反，作为激光入射镜，所述的光学薄膜B对1.06μm波段3％到60％透过，作为激光输出镜。
3.根据权利要求1所述的一种梯形键合被动调Q激光模组，其特征在于：所述的激光晶体(1)采用Nd3+掺杂浓度为1％，尺寸为3×3×8mm3的Nd:YAG晶体。
4.根据权利要求1所述的一种梯形键合被动调Q激光模组，其特征在于：所述的可饱和吸收体晶体(2)是梯形结构Cr4+:YAG晶体，采用吸收系数为1.73cm-1的梯形可饱和吸收体晶体，此时上下边分别为0.7mm和2.2mm，对应可获得的最大和最小初始透过率分别为92％和68％。
5.根据权利要求4所述的一种梯形键合被动调Q激光模组，其特征在于：所述的基质晶体(3)是倒梯形纯YAG晶体，用于补偿梯形可饱和吸收体晶体存在的光折变和色散问题，同时辅助散射，与所述可饱和吸收体晶体对应的基质晶体上下边分别为5.8mm和4.3mm，从而可与可饱和吸收体(2)组成梯形键合可饱和吸收体晶体。
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