CN113314927A - 一种激光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光装置,包括激光增益结构、泵浦源、第一端镜、第二端镜和控温结构,所述泵浦源、所述第一端镜、所述第二端镜和所述控温结构分别与所述激光增益结构相连接;其中,所述第一端镜、所述激光增益结构和所述第二端镜依次设置,并组成激光谐振腔;所述控温结构用于对所述激光增益结构进行温度控制;所述泵浦源用于为所述激光增益结构提供泵浦光;所述激光增益结构由至少有一个切向的热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成。本发明结构紧凑,设计优化,通过采用创新的激光增益结构,直接产生激光输出,不需要复杂的波前校正系统减小波前畸变,从而为实现高功率及高光束质量的激光输出提供保障;而且装置整体成本低,可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域,特别涉及一种激光装置。
背景技术
激光技术为工业制造等多个领域提供支撑,其中,全固态激光器具有效率高、结构紧凑、可靠性高等优势,是激光技术的重要发展方向;尤其是,高功率高光束质量激光输出,是固体激光技术重要发展方向。
但是,固体激光器随着功率的提升,光束质量呈非线性下降,此种缺陷主要是由于固体激光器中存在严重的热效应导致,其中,激光晶体吸收泵浦光产生的废热引发不可避免的温度梯度,温度梯度引起的热透镜效应及端面变形引起的波前畸变直接导致了光束质量和输出功率的下降,从而不仅影响谐振腔的稳定性,而且在极端情况下,还会导致激光晶体的破裂。因此,亟需研究开发出更优的激光装置,能够同时实现高功率输出和良好的空间光束质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光装置,能够消除由于热应力以及端面变形引起的波前畸变,实现高功率高光束质量激光输出。
本发明解决技术问题的技术方案是:一种激光装置,包括激光增益结构、泵浦源、第一端镜、第二端镜和控温结构,所述泵浦源、所述第一端镜、所述第二端镜和所述控温结构分别与所述激光增益结构相连接;其中,所述第一端镜、所述激光增益结构和所述第二端镜依次设置,并组成激光谐振腔;所述控温结构用于对所述激光增益结构进行温度控制;所述泵浦源用于为所述激光增益结构提供泵浦光;所述激光增益结构由至少有一个切向的热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成。
进一步地,在本发明所述的激光装置中,所述泵浦源与所述激光增益结构直接相邻设置;和/或,所述泵浦源与所述激光增益结构通过所述第一端镜间隔设置;和/或,所述泵浦源与所述激光增益结构通过所述第二端镜间隔设置,所述泵浦源发出的泵浦光经泵浦光耦合镜后再经所述第二端镜提供给所述激光增益结构。
进一步地,在本发明所述的激光装置中,所述第一端镜设置在所述激光增益结构的一端的端面上,所述第二端镜设置在所述激光增益结构的另一端的端面上;或者,所述第一端镜和第二端镜均远离所述激光增益结构设置。
进一步地,在本发明所述的激光装置中,所述泵浦源发出的泵浦光的方向沿所述激光增益结构中呈零热膨胀的方向。
进一步地,在本发明所述的激光装置中,所述激光装置还包括密封腔体,在所述密封腔体上设置有通光部;所述激光增益结构设置在所述密封腔体内部;所述密封腔体为真空腔体或者充有惰性气体的腔体。
较佳地,在本发明所述的激光装置中,所述控温结构设置在所述密封腔体内部;所述泵浦源、和/或第一端镜、和/或第二端镜设置在所述密封腔体的内部或者所述密封腔体的外部。
进一步地,在本发明所述的激光装置中,所述激光增益结构由钙钛矿晶体构成。
优选地,在本发明所述的激光装置中,所述钙钛矿晶体为Nd:YAlO3钙钛矿晶体。
较佳地,在本发明所述的激光装置中,所述钙钛矿晶体沿a轴切向的热膨胀系数能够为零或者极小。
较佳地,在本发明所述的激光装置中,所述泵浦源为所述激光增益结构提供泵浦光时,所述激光增益结构的温度为130K~230K。
本发明所提供的上述技术方案具有有益的技术效果:与现有技术相比,结构紧凑,设计优化,尤其是创新的激光增益结构设计,通过采用由至少有一个切向的热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成激光增益结构,并通过激光增益结构直接产生激光输出,不需要复杂的波前校正系统减小波前畸变,从而为实现高功率及高光束质量的激光输出提供保障;而且本发明提供的激光装置整体成本低廉,可靠性高。
附图说明
图1为本发明的激光装置的结构示意图(一);
图2为本发明的激光装置的结构示意图(二);
图3为本发明的激光装置的结构示意图(三);
图4为本发明的激光装置的结构示意图(四);
图5为本发明的激光装置的结构示意图(五);
图6为本发明的激光装置的结构示意图(六);
图7为本发明的激光装置的结构示意图(七);
图8为本发明的激光装置的结构示意图(八);
图9为本发明的激光装置的结构示意图(九)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的一个实施例中,如图1所示,本发明的一种激光装置,包括激光增益结构(1)、泵浦源(2)、第一端镜(3)、第二端镜(4)和控温结构(5),所述泵浦源(2)、所述第一端镜(3)、所述第二端镜(4)和所述控温结构(5)分别与所述激光增益结构(1)相连接;其中,所述第一端镜(3)、所述激光增益结构(1)和所述第二端镜(4)依次设置,并组成激光谐振腔;所述控温结构(5)用于对所述激光增益结构(1)进行温度控制;所述泵浦源(2)用于为所述激光增益结构(1)提供泵浦光;所述激光增益结构(1)由至少有一个切向的热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成。
在上述实施例中,所述泵浦源(2)至少有一组,所述泵浦源(2)能够为半导体激光器或者光纤激光器等能够产生相同标准的泵浦光的激光器;所述泵浦源(2)有两组以上时,各组所述泵浦源(2)能够为半导体激光器和光纤激光器及其他能够产生相同标准的泵浦光的激光器中的任一种。优选地,所述泵浦源(2)为能够发射波长为800nm~1000nm的泵浦光的激光器;较佳地,所述泵浦源(2)为能够发射波长为803nm的泵浦光的激光器。
在上述实施例中,所述泵浦源(2)用于为所述激光增益结构(1)提供泵浦光,泵浦激光增益结构(1),实现粒子束反转;优选地,所述泵浦源(2)发出的泵浦光的方向沿所述激光增益结构(1)中呈零热膨胀的方向,以增强高功率和高光束质量激光输出。
在上述实施例中,所述激光增益结构(1)能够为棒状、盘状、板条状等各种形状,具体形状根据具体工况设置;所述激光增益结构(1)由至少有一个切向的热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成,具体地,所述激光增益结构(1)在某一方向、或某一个面的热膨胀系数在某温度或某温度范围内为零或极小,即可提高输出激光的功率和光束质量;优选地,所述激光增益结构(1)全部由热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成,则能够为高功率和高光束质量激光输出充分实现提供充分保障;较佳地,所述激光增益结构(1)由热膨胀系数能够为极小的材料构成,所述热膨胀系数极小的范围优选为不超过该材料常温情况下热膨胀系数的1/5,通过控制所述激光增益结构(1)的温度实现构成所述激光增益结构(1)的材料的热膨胀系数达到部分或者全部达到零或极小。
在应用上述实施例的本发明激光装置时,通过所述控温结构(5)对所述激光增益结构(1)进行温度控制,使所述激光增益结构(1)的温度达到目标温度范围,在该温度目标范围内,能够使所述激光增益结构(1)实现至少有一个切向的热膨胀系数达到零或者极小;然后,通过所述泵浦源(2)为所述激光增益结构(1)提供泵浦光;吸收泵浦光后的所述激光增益结构(1)产生激光,该激光在由所述第一端镜(3)、所述激光增益结构(1)和所述第二端镜(4)组成的激光谐振腔中振荡,其中,所述第一端镜(3)对该激光进行高反,所述第二端镜(4)对该激光进行部分输出透过。在上述本发明的应用过程中,因所述激光增益结构(1)处于至少有一个切向的热膨胀系数达到零或者极小的状态,能够有效消除由于应力的变化和晶体端面变形引起的热透镜及波前畸变,直接产生激光输出,不需要复杂的波前校正系统减小波前畸变,藉此低波前畸变输出,从而十分有利于实现产生高功率、高光束质量的激光输出,进而有效解决现有技术中难以实现高功率和高光束质量激光输出的问题。
在本发明的一些实施例中,如图1、图2和图4所示,所述泵浦源(2)与所述激光增益结构(1)通过所述第一端镜(3)间隔设置;具体应用同上述实施例,其中,所述第一端镜(3)作为高反镜,对经所述激光增益结构(1)发出的激光进行高反,对所述泵浦源(2)发射的泵浦光进行高透。在本发明的另一些实施例中,如图4所示,所述泵浦源(2)与所述激光增益结构(1)还能够通过所述第二端镜(4)间隔设置,所述泵浦源(2)发出的泵浦光经泵浦光耦合镜(7)后再经所述第二端镜(4)提供给所述激光增益结构(1);优选地,所述泵浦光耦合镜(7)为45°泵浦光耦合镜(7),所述45°泵浦光耦合镜(7)镀45°泵浦光高透,激光高反膜;由此,通过在所述激光增益结构(1)的两端分别设置泵浦源(2),利于提高泵浦功率;具体应用同上述实施例,其中,所述第一端镜(3)作为高反镜,对经所述激光增益结构(1)发出的激光进行高反,对所述泵浦源(2)发射的泵浦光进行高透;所述第二端镜(4)对所述泵浦源(2)发射的泵浦光进行高透。在本发明的另一些实施例中,所述泵浦源(2)与所述激光增益结构(1)直接相邻设置,例如,如图3所示,所述泵浦源(2)放置在所述激光增益结构(1)的两个侧面,采用侧面泵浦的方式,以进一步提高泵浦的均匀性;具体应用同上述实施例,其中,所述第一端镜(3)作为高反镜,对经所述激光增益结构(1)发出的激光进行高反。具体地,所述泵浦源(2)的数量至少有一组,所述泵浦源(2)能够有多组,具体泵浦源的数量及其设置方式选择以便于本发明的激光装置根据具体工况进行优化的结构组装为标准。
在本发明的一些实施例中,如图1、图3和图4所示,所述第一端镜(3)和第二端镜(4)均远离所述激光增益结构(1)设置,其中,所述第一端镜(3)和第二端镜(4)分别与所述激光增益结构(1)之间的具体距离根据具体工况需求进行设置,该实施例的具体应用同上述实施例;在本发明的另一些实施例中,如图2所示,所述第一端镜(3)设置在所述激光增益结构(1)的一端的端面上,所述第二端镜(4)设置在所述激光增益结构(1)的另一端的端面上,即,所述第一端镜(3)的膜系直接镀在所述激光增益结构(1)的一端的端面上,所述第二端镜(4)的膜系直接镀在所述激光增益结构(1)的另一端的端面上,具体应用同上述实施例。具体地,所述第一端镜(3)和所述第二端镜(4)的设置方式选择以便于本发明的激光装置根据具体工况进行优化的结构组装为标准。
在本发明的另一些实施例中,为更高效地获得高功率高光束质量激光输出,对于易受低温影响的激光增益结构,优选地,如图5-9所示,所述激光装置还包括密封腔体(6),在所述密封腔体(6)上设置有通光部(6-1);所述激光增益结构(1)设置在所述密封腔体(6)内部;所述密封腔体(6)为真空腔体或者充有惰性气体的腔体,以避免激光增益结构(1)的温度为低温时产生结雾,其中,所述惰性气体优选为氮气、氦气等能够防止低温时产生结雾的气体;较佳地,所述控温结构(5)设置在所述密封腔体(6)内部,所述激光增益结构(1)设置在所述控温结构(5)上,以便于对所述激光增益结构(1)进行高效的温度调控;所述泵浦源(2)、和/或第一端镜(3)、和/或第二端镜(4)能够设置在所述密封腔体(6)的内部或者所述密封腔体(6)的外部,具体根据工况的空间及布局情况进行设置。较佳地,所述通光部(6-1)有两组,所述两组通光部(6-1)相对设置在所述密封腔体(6)的侧面上,其中,一组所述通光部(6-1)邻近所述第一端镜(3)设置,另一组所述通光部(6-1)邻近所述第二端镜(4)设置,所述两组通光部(6-1)均能够使泵浦光和激光透过。
在本发明的上述实施例中,所述激光增益结构(1)优选由钙钛矿晶体构成;较佳地,所述钙钛矿晶体为Nd:YAlO3钙钛矿晶体(简称Nd:YAP晶体);更优选地,所述钙钛矿晶体沿a轴切向的热膨胀系数能够为零或者极小;为保障所述钙钛矿晶体沿a轴切向的热膨胀系数能够为零或者极小,优选地,所述泵浦源(2)为所述激光增益结构(1)提供泵浦光时,所述激光增益结构(1)的温度控制为130K~230K。具体应用过程同上述实施例,其中,为更高效地克服现有技术存在的问题,所述泵浦源(2)优选沿所述钙钛矿晶体的a轴切向给所述激光增益结构(1)发射泵浦光,从而更高效地消除由于应力的变化和晶体端面变形引起的热透镜及波前畸变,进而为获得高功率高光束质量激光输出提供保障。
以上实施方式仅用于说明本发明,而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的神和范围,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种激光装置,其特征在于,包括激光增益结构(1)、泵浦源(2)、第一端镜(3)、第二端镜(4)和控温结构(5),所述泵浦源(2)、所述第一端镜(3)、所述第二端镜(4)和所述控温结构(5)分别与所述激光增益结构(1)相连接;其中,
所述第一端镜(3)、所述激光增益结构(1)和所述第二端镜(4)依次设置,并组成激光谐振腔;
所述控温结构(5)用于对所述激光增益结构(1)进行温度控制;
所述泵浦源(2)用于为所述激光增益结构(1)提供泵浦光;
所述激光增益结构(1)由至少有一个切向的热膨胀系数能够为零或者极小的材料构成。
2.如权利要求1所述的激光装置,其特征在于,所述泵浦源(2)与所述激光增益结构(1)直接相邻设置;
和/或,所述泵浦源(2)与所述激光增益结构(1)通过所述第一端镜(3)间隔设置;
和/或,所述泵浦源(2)与所述激光增益结构(1)通过所述第二端镜(4)间隔设置,所述泵浦源(2)发出的泵浦光经泵浦光耦合镜(7)后再经所述第二端镜(4)提供给所述激光增益结构(1)。
3.如权利要求1所述的激光装置,其特征在于,所述第一端镜(3)设置在所述激光增益结构(1)的一端的端面上,所述第二端镜(4)设置在所述激光增益结构(1)的另一端的端面上;
或者,所述第一端镜(3)和第二端镜(4)均远离所述激光增益结构(1)设置。
4.如权利要求1所述的激光装置,其特征在于,所述泵浦源(2)发出的泵浦光的方向沿所述激光增益结构(1)中呈零热膨胀的方向。
5.如权利要求1所述的激光装置,其特征在于,所述激光装置还包括密封腔体(6),在所述密封腔体(6)上设置有通光部(6-1);
所述激光增益结构(1)设置在所述密封腔体(6)内部;
所述密封腔体(6)为真空腔体或者充有惰性气体的腔体。
6.如权利要求5所述的激光装置,其特征在于,所述控温结构(5)设置在所述密封腔体(6)内部;
所述泵浦源(2)、和/或第一端镜(3)、和/或第二端镜(4)设置在所述密封腔体(6)的内部或者所述密封腔体(6)的外部。
7.如权利要求1~6中任一项所述的激光装置,其特征在于,所述激光增益结构(1)由钙钛矿晶体构成。
8.如权利要求7所述的激光装置,其特征在于,所述钙钛矿晶体为Nd:YAlO3钙钛矿晶体。
9.如权利要求8所述的激光装置,其特征在于,所述钙钛矿晶体沿a轴切向的热膨胀系数能够为零或者极小。
10.如权利要求8所述的激光装置,其特征在于,所述泵浦源(2)为所述激光增益结构(1)提供泵浦光时,所述激光增益结构(1)的温度为130K~230K。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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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: 20210827 |
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