CN113540952B - 一种高低温环境下即开即用的ld泵浦结构及调q激光器 - Google Patents

一种高低温环境下即开即用的ld泵浦结构及调q激光器 Download PDF

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Abstract

本公开公开了一种高低温环境下即开即用的LD泵浦结构及调Q激光器，所述LD泵浦结构包括：聚光器、激光增益介质、聚焦耦合镜组和LD泵浦阵列，其中：所述聚光器四周均镀有高反膜，且设有一通光区域；所述激光增益介质位于所述聚光器的中心；所述聚焦耦合镜组位于所述聚光器的下方，且朝向所述聚光器的通光区域；所述LD泵浦阵列位于所述聚焦耦合镜组的下方，以使所述LD泵浦阵列发出的泵浦光依次透过聚焦耦合镜组和所述通光区域入射到聚光器中泵浦激光增益介质，使得激光增益介质实现足够的粒子数反转。

Description

一种高低温环境下即开即用的LD泵浦结构及调Q激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种高低温环境下即开即用的LD泵浦结构及调Q激光器。
背景技术
由于LD发光谱随温度变化10℃会出现3nm的波长漂移，那么在100℃宽范围内波长漂移可以达到30nm，这样会远远超过激光工作物质的吸收谱宽度，使激光工作物质吸收泵浦光效率降低，使得激光器输出效率急剧下降。针对此现象，常规做法是对LD进行温控，使LD发光区域始终位于晶体的吸收峰，但仍然无法满足高低温环境下即开即用的需求。
目前实现免温控的目的主要有多波长抽运、长吸收光程和VCSEL泵浦方案，其中，多波长抽运效率低，高功率泵浦无法实现侧面泵浦的长吸收光程，而VCSEL泵浦功率密度过低，这几种方案均不理想，无法满足实际应用的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种高低温环境下即开即用的LD泵浦结构及调Q激光器。
根据本发明的一方面，提供一种高低温环境下即开即用的LD泵浦结构，所述LD泵浦结构包括：聚光器、激光增益介质、聚焦耦合镜组和LD泵浦阵列，其中：
所述聚光器四周均镀有高反膜，且设有一通光区域；
所述激光增益介质位于所述聚光器的中心；
所述聚焦耦合镜组位于所述聚光器的下方，且朝向所述聚光器的通光区域；
所述LD泵浦阵列位于所述聚焦耦合镜组的下方，以使所述LD泵浦阵列发出的泵浦光依次透过聚焦耦合镜组和所述通光区域入射到聚光器中泵浦激光增益介质，使得激光增益介质实现足够的粒子数反转。
可选地，所述聚光器为密封结构。
可选地，所述聚光器为圆腔或者方腔。
根据本发明的另一方面，还提供一种具有上所述的LD泵浦结构的调Q激光器，所述调Q激光器包括：全反镜、LD泵浦结构、偏振片、1/4波片、电光晶体和输出镜，其中：
所述全反镜、LD泵浦结构、偏振片、1/4波片、电光晶体、输出镜从左至右依次放置；
所述全反镜、LD泵浦结构中的聚光器和激光增益介质、偏振片、1/4波片、电光晶体和输出镜构成所述调Q激光器的谐振腔。
可选地，所述LD泵浦结构包括：聚光器、激光增益介质、聚焦耦合镜组和LD泵浦阵列，其中：
所述聚光器四周均镀有高反膜，且设有一通光区域；
所述激光增益介质位于所述聚光器的中心；
所述聚焦耦合镜组位于所述聚光器的下方，且朝向所述聚光器的通光区域；
所述LD泵浦阵列位于所述聚焦耦合镜组的下方，以使所述LD泵浦阵列发出的泵浦光依次透过聚焦耦合镜组和所述通光区域入射到聚光器中泵浦激光增益介质，使得激光增益介质实现足够的粒子数反转。
可选地，所述全反镜和输出镜为平面镜或者带有曲率的曲面镜。
可选地，所述LD泵浦阵列与激光增益介质为侧面泵浦结构。
可选地，所述偏振片具有P偏振光高透和S偏振光高反的特性。
可选地，所述偏振片为布儒斯特片、格兰棱镜或者PBS分光棱镜。
可选地，所述电光晶体基于横向电光效应制成或使用纵向电光效应制成。
本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明在传统LD阵列侧面泵浦结构的基础上，设置紧凑型聚光器，以在发生温度变化漂移时，可以使得泵浦光在聚光器内多次反射后最终被工作物质吸收，进而实现激光器在高低温环境下的晶体吸收不敏。同时，所述激光器还采用了侧面泵浦方式，不会改变纵向增益分布，不受温度影响，实现了宽温度增益不敏，最终实现了一种在高低温环境下即开即用的LD泵浦结构及调Q激光器。
附图说明
图1是根据本公开一实施例的LD泵浦结构的横截面示意图。
图2是根据本公开一实施例的增益介质泵浦光吸收峰图。
图3是根据本公开一实施例的泵浦光吸收率图。
图4是根据本公开一实施例的一种高低温环境下即开即用的LD泵浦调Q激光器的结构抛面图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开实施例的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。
在本公开实施例中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开实施例。
图1是根据本公开一实施例的LD泵浦结构的横截面示意图，图2是根据本公开一实施例的增益介质泵浦光吸收峰图，图3是根据本公开一实施例的泵浦光吸收率图，图4是根据本公开一实施例的一种高低温环境下即开即用的LD泵浦调Q激光器的结构抛面图。
根据本发明的一方面，提供一种高低温环境下即开即用的LD泵浦结构，如图1-图4所示，所述高低温环境下即开即用的LD泵浦结构包括：聚光器1、激光增益介质2、聚焦耦合镜组3、LD泵浦阵列4，其中：
所述聚光器1四周均镀有高反膜，反射率高达99％以上，且设有一通光区域；
所述激光增益介质2位于所述聚光器1的中心；
所述聚焦耦合镜组3位于所述聚光器1的下方，且朝向所述聚光器1的通光区域；
所述LD泵浦阵列4位于所述聚焦耦合镜组3的下方，以使所述LD泵浦阵列4发出的泵浦光依次透过聚焦耦合镜组3和所述通光区域入射到聚光器1中泵浦激光增益介质2，使得激光增益介质2实现足够的粒子数反转。
基于上述技术方案，在高温时，LD泵浦阵列4的晶体输出波长与激光增益介质2的吸收峰相匹配，以保证高温时泵浦光以最少的次数被激光增益介质2吸收。在低温时，泵浦光波长远离晶体吸收峰，泵浦光可在谐振腔内往返多次再被晶体吸收，使得通光方向上的增益分布与未经吸收峰的完全一样，以有利于宽温度调Q效果。
在本公开一实施方式中，所述聚光器1为圆腔或者方腔。
在本公开一实施方式中，所述聚光器1为密封结构。
在上述实施方式中，借助对于LD泵浦阵列4光束参数、聚光器1形状和激光增益介质2位置的设计和调整，可达到宽温度范围内，即高低温环境下，晶体高效吸收的目的。
根据本发明的另一方面，提供一种具有上述LD泵浦结构的调Q激光器，如图1-图4所示，所述调Q激光器包括：全反镜11、LD泵浦结构、偏振片15、1/4波片16、电光晶体17和输出镜18，其中：
所述全反镜11、LD泵浦结构、偏振片15、1/4波片16、电光晶体17、输出镜18从左至右依次放置；
所述全反镜11、LD泵浦结构中的聚光器12和激光增益介质13、偏振片15、1/4波片16、电光晶体17和输出镜18构成所述调Q激光器的谐振腔。
在本公开一实施方式中，由LD泵浦结构产生的激光经过全反镜11的反射后，通过偏振片15，变为线偏振光，再次经过1/4波片16，变为椭圆偏振光，若此时电光晶体17两端所加电压为0，激光无法通过，此时谐振腔内处于高损耗状态，激光增益介质13储能，实现足够的粒子数反转。当粒子数反转积累到一定程度时，在电光晶体17两端施加1/4电压，此时谐振腔内部处于低损耗状态，激光增益介质13的自发辐射信号光在谐振腔内部快速往返，由输出镜18输出，从而得到峰值功率高、脉冲宽度窄的激光脉冲输出。。
在本公开一实施方式中，所述LD泵浦结构包括聚光器12、激光增益介质13、聚焦耦合镜组19和LD泵浦阵列14，其中：
所述聚光器12的四周均镀有高反膜，反射率高达99％以上，且设有一通光区域；
所述激光增益介质13位于所述聚光器12的中心；
所述聚焦耦合镜组19位于所述聚光器12的下方，且朝向所述聚光器12的通光区域；
所述LD泵浦阵列14位于所述聚焦耦合镜组19的下方，所述LD泵浦阵列14发出的泵浦光透过所述聚焦耦合镜组19和所述通光区域泵浦激光增益介质13，使得激光增益介质13实现足够的粒子数反转。
基于上述技术方案，LD泵浦阵列14产生的泵浦光从聚光器12底部的通光区域入射至聚光器12中，在高温时，LD泵浦阵列14的晶体输出波长与激光增益介质13的吸收峰相匹配，以保证高温时泵浦光以最少的次数被激光增益介质13吸收。在低温时，泵浦光波长远离晶体吸收峰，泵浦光可在谐振腔内往返多次再被晶体吸收，使得通光方向上的增益分布与未经吸收峰的完全一样，以有利于宽温度调Q效果。在LD泵浦阵列14发出的泵浦光泵浦激光介质13期间，产生的激光经过全反镜11的反射后，通过偏振片15，变为线偏振光，再次经过1/4波片16，变为椭圆偏振光，电光晶体17两侧所加电压为0，激光无法通过，此时谐振腔内处于高损耗状态，激光增益介质13储能，实现足够的粒子数反转。当粒子数反转积累到一定程度时，在电光晶体17两端施加1/4电压，此时谐振腔内部处于低损耗状态，激光增益介质13的自发辐射信号光在谐振腔内部快速往返，由输出镜18输出，从而得到峰值功率高、脉冲宽度窄的激光脉冲输出。
在本公开一实施方式中，所述全反镜11和输出镜18可以是平面镜或者带有曲率的曲面镜，具有高反射的作用。
在本发明一实施方案中，所述激光增益介质13是实现粒子反转的增益介质，所述LD泵浦阵列14发出的泵浦光泵浦所述激光增益介质13，使得激光增益介质13实现足够的粒子数反转。
在本发明一实施方案中，所述LD泵浦阵列14与激光增益介质13为侧面泵浦结构，不会改变纵向增益分布，使得激光增益介质13不受温度影响，其中，所述LD泵浦阵列14产生的泵浦光与激光器的光路方向垂直。
在本公开一实施方式中，所述偏振片15具有P偏振光高透和S偏振光高反的特性，其可以是布儒斯特片，也可是格兰棱镜甚至是PBS分光棱镜，当选用格兰棱镜或者PBS分光棱镜时，其通光面需要镀高透膜。
在本公开一实施方式中，所述四分之一波片16使得通过偏振片15后的线偏振光入射后得到想要的光的偏振态的相互转换。
在本公开一实施方式中，所述电光晶体17可以基于横向电光效应制成或使用纵向电光效应制成。
通过设计泵浦阵列光束参数、聚光器形状和激光介质的位置，达到宽温度范围内晶体高效吸收的目的。采用此种方法能够有效的获得能够在宽温度环境下实现即开即用的LD泵浦调Q激光器。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种调Q激光器，其特征在于，所述调Q激光器包括：全反镜、LD泵浦结构、偏振片、1/4波片、电光晶体和输出镜，所述LD泵浦结构包括：聚光器、激光增益介质、聚焦耦合镜组和LD泵浦阵列，其中：
所述全反镜、LD泵浦结构、偏振片、1/4波片、电光晶体、输出镜从左至右依次放置；
所述全反镜、聚光器和激光增益介质、偏振片、1/4波片、电光晶体和输出镜构成所述调Q激光器的谐振腔；
所述聚光器四周均镀有高反膜，且设有一通光区域；
所述激光增益介质位于所述聚光器的中心；
所述聚焦耦合镜组位于所述聚光器的下方，且朝向所述聚光器的通光区域；
所述LD泵浦阵列位于所述聚焦耦合镜组的下方，以使所述LD泵浦阵列发出的泵浦光依次透过聚焦耦合镜组和所述通光区域入射到聚光器中泵浦激光增益介质，在高温时，LD泵浦阵列的晶体输出波长与激光增益介质的吸收峰相匹配，以保证高温时泵浦光以最少的次数被激光增益介质吸收；在低温时，泵浦光波长远离晶体吸收峰，泵浦光可在谐振腔内往返多次再被晶体吸收，使得通光方向上的增益分布与未经吸收峰的完全一样，以有利于宽温度调Q效果；所述泵浦光波长的带宽为780nm至820nm。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述全反镜和输出镜为平面镜或者带有曲率的曲面镜。
3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述LD泵浦阵列与激光增益介质为侧面泵浦结构。
4.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述偏振片具有P偏振光高透和S偏振光高反的特性。
5.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述偏振片为布儒斯特片、格兰棱镜或者PBS分光棱镜。
6.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述电光晶体基于横向电光效应制成或使用纵向电光效应制成。
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