CN114825016A - 一种多功率固体激光器结构 - Google Patents

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马新强
任远
王小磊
孙绍臻
孔祥志
王靖雯
姚型伟
杨晓东
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Abstract

本发明涉及激光设备技术领域，具体涉及一种多功率固体激光器结构，包括振荡级泵浦模块I、振荡级泵浦模块II、一级放大泵浦模块、二级放大泵浦模块和耦合输出镜，振荡级泵浦模块I后方设置声光Q开关和全反镜，振荡级泵浦模块II前方与一级放大泵浦模块后方之间设置声光Q开关、半反镜和第一镜组，二级放大泵浦模块前方与耦合输出镜之间设置第二镜组；一级放大泵浦模块后方与第一镜组之间光路以及第二镜组与耦合输出镜之间光路设置第三镜组，一级放大泵浦模块前方与二级放大泵浦模块后方之间光路以及第二镜组与耦合输出镜之间光路设置第四镜组。本发明可实现多个档位功率输出，且能通过光纤传输，光纤耦合效率高，能量损失少。

Description

一种多功率固体激光器结构
技术领域
本发明涉及激光设备技术领域，具体涉及一种多功率固体激光器结构。
背景技术
激光器是能发生激光的装置，主要种类包括固体激光器、气体激光器、燃料激光器、光纤激光器、准分子激光器及自由电子激光器等。激光具有高亮度、单色性好、方向性好的特性，在各个行业均有不同范围的应用。
产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且，它可以很好地缩短工作物质的长度，还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式（即选模），所以一般激光器都具有谐振腔。
随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能要求也将进一步提升，成本将进一步降低，它的应用范围将继续扩大，并将发挥出越来越巨大的作用。实际应用中，小功率激光仍存在使用价值，但是小功率难以满足某些场合的需求，需要使用更大功率的模块实现功率的增加。而现有技术方案有高功率的光纤激光器可以输出不同功率，但昂贵的价格使得部分消费者望而却步。也有方案采用单个大功率半导体泵浦模块，在晶体生长及散热方面存在一定的限制，且结构复杂，成本高。现有方案中也有多级放大模块的情况，但是存在小芯径光纤输出效率较低，多级放大因多个泵浦模块，均存在热透镜效应，性能不够稳定，在改变放大级电流时可以实现功率变化，但存在放大级升温较快的情况。且当电流不一致时因热透镜效应的存在也无法进行高效耦合。调Q输出时，直接调整振荡级电流使得脉宽不稳定，无法实现长期工作。
因此市场对于可调整功率的固体激光器有着迫切需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多功率固体激光器结构，能够实现高功率激光通过小芯径光纤输出，成本低，结构稳定，调试简单，耦合效率高，而且可以扩展模块，增加倍频晶体，倍频输出，解决了行业痛点。
本发明是通过如下技术方案实现的：
提供一种多功率固体激光器结构，包括振荡级泵浦模块I、振荡级泵浦模块II、一级放大泵浦模块、二级放大泵浦模块和耦合输出镜，沿激光传输方向，振荡级泵浦模块I的后方依次设置有声光Q开关和全反镜，振荡级泵浦模块I和振荡级泵浦模块II之间设置一个石英旋光片，振荡级泵浦模块II的前方与一级放大泵浦模块的后方之间依次设置有声光Q开关、半反镜以及将激光折叠改向的第一镜组，二级放大泵浦模块设置在一级放大泵浦模块的前方且二级放大泵浦模块前方与耦合输出镜之间设置有将激光折叠改向的第二镜组；一级放大泵浦模块后方与第一镜组之间的光路以及第二镜组与耦合输出镜之间的光路活动设置有将激光折叠改向的第三镜组，一级放大泵浦模块前方与二级放大泵浦模块后方之间光路以及第二镜组与耦合输出镜之间光路活动设置有将激光折叠改向的第四镜组，第三镜组和第四镜组分别连接有插入电机。
进一步的，镜组包括对称设置的两个45度全反镜。
进一步的，耦合输出镜与第三镜组之间还活动设置有倍频晶体，倍频晶体连接有插入电机。
进一步的，振荡级泵浦模块I和振荡级泵浦模块II使用直流电源串联控制。
进一步的，激光通过耦合输出镜耦合后经QBH光纤输出。
本发明的有益效果：
本发明包括四个半导体激光泵浦模块，其中两个用于振荡级光路，两个用于放大级光路。振荡级两个模块前后各放置一个声光Q开关，声光Q开关通过Q开关驱动进行控制，通过改变控制占空比及调制频率，实现激光的脉冲输出，振荡级两个模块采用直流电源串联控制，工作在小电流状态，激光光束质量好，在放大后便于光纤输出。采用多次折叠输出，最大程度减小激光器长度和体积。电机带动镜片插入或移出光路实现功率变化，两个模块可实现300W激光输出，光纤耦合效率99%，三个模块可实现500W输出，光纤耦合效率可达到97%，四个模块可实现800W输出，光纤耦合效率可达到95%以上。
通过与现有技术进行比较，本专利技术结构稳定，调试简单，故障率小，安全可靠。在使用时可轻松实现多个档位功率输出，而且能够通过光纤传输，光纤耦合效率高，能量损失少。能够同时实现脉冲、连续输出，应用范围广。
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2的结构示意图。
图中所示：
1、全反镜，2、声光Q开关，3、振荡级泵浦模块I，4、石英旋光片，5、振荡级泵浦模块II，6、半反镜，7、第一镜组，8、第三镜组，9、一级放大泵浦模块，10、第四镜组，11、二级放大泵浦模块，12、第二镜组，13、插入电机，14、耦合输出镜，15、倍频晶体。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1：
一种多功率固体激光器结构，包括振荡级泵浦模块I3、振荡级泵浦模块II5、一级放大泵浦模块9、二级放大泵浦模块11和耦合输出镜14，振荡级泵浦模块I3和振荡级泵浦模块II5使用直流电源串联控制，激光通过耦合输出镜14耦合后经QBH光纤输出。
沿激光传输方向，如图1中箭头方向所示，振荡级泵浦模块I3的后方依次设置有声光Q开关2和全反镜1，振荡级泵浦模块II5的后方与振荡级泵浦模块I3的前方之间设置有石英旋光片4，振荡级泵浦模块II5的前方与一级放大泵浦模块9的后方之间依次设置有声光Q开关2、半反镜6以及将激光折叠改向的第一镜组7，二级放大泵浦模块11设置在一级放大泵浦模块9的前方且二级放大泵浦模块11前方与耦合输出镜14之间设置有将激光折叠改向的第二镜组12；一级放大泵浦模块9后方与第一镜组7之间的光路以及第二镜组12与耦合输出镜14之间的光路活动设置有将激光折叠改向的第三镜组8，一级放大泵浦模块9前方与二级放大泵浦模块11后方之间光路以及第二镜组12与耦合输出镜14之间光路活动设置有将激光折叠改向的第四镜组10，第三镜组8和第四镜组10分别连接有插入电机13。
在本实施例中，第一镜组7、第二镜组12、第三镜组8和第四镜组10均为对称设置的两个45度全反镜。各镜组使用工业镜架安装和调整。
本发明中使用四个半导体激光泵浦模块，其中两个用于振荡级光路（振荡级泵浦模块I3和振荡级泵浦模块II5），两个用于放大级光路（一级放大泵浦模块9和二级放大泵浦模块11）。振荡级泵浦模块I3的后方放置声光Q开关2和全反镜1，在振荡级泵浦模块II5的前方放置声光Q开关2和半反镜6，实现激光的脉冲输出，振荡级两个模块采用直流电源串联控制，工作在小电流状态，激光光束质量好，在放大后便于光纤输出。通过采用多次折叠输出，最大程度减小激光器长度和体积。
如本实施例所示：
在需要300W输出时，与第三镜组8连接的插入电机13带动第三镜组8插入光路中，一级放大泵浦模块9和二级放大泵浦模块11无电流，激光通过第三镜组8改向折叠后通过耦合输出镜14耦合经光纤输出。
在需要500W输出时，与第三镜组8连接的插入电机13带动第三镜组8离开光路，与第四镜组10连接的插入电机13带动第四镜组10插入光路，二级放大泵浦模块11无电流，通过耦合输出镜14耦合经光纤输出。
在需要800W输出时，与第三镜组8连接的插入电机13带动第三镜组8离开光路，与第四镜组10连接的插入电机13带动第四镜组10离开光路，通过调整第二镜组12使激光通过耦合输出镜14耦合经光纤输出。
在需要连续输出的场合，将占空比调整至100%即可。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于，相比于实施例1，本实施例在耦合输出镜14与第三镜组8之间还活动设置有倍频晶体15，倍频晶体15连接有插入电机13。
在需要绿光输出时，不论300W、500W还是800W，由插入电机13带动倍频晶体15进入光路，激光通过耦合输出镜14耦合经光纤输出绿光。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式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，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (5)

1.一种多功率固体激光器结构，其特征在于：包括振荡级泵浦模块I、振荡级泵浦模块II、一级放大泵浦模块、二级放大泵浦模块和耦合输出镜，沿激光传输方向，振荡级泵浦模块I的后方依次设置有声光Q开关和全反镜，振荡级泵浦模块II的前方与一级放大泵浦模块的后方之间依次设置有声光Q开关、半反镜以及将激光折叠改向的第一镜组，二级放大泵浦模块设置在一级放大泵浦模块的前方且二级放大泵浦模块前方与耦合输出镜之间设置有将激光折叠改向的第二镜组；一级放大泵浦模块后方与第一镜组之间的光路以及第二镜组与耦合输出镜之间的光路活动设置有将激光折叠改向的第三镜组，一级放大泵浦模块前方与二级放大泵浦模块后方之间光路以及第二镜组与耦合输出镜之间光路活动设置有将激光折叠改向的第四镜组，第三镜组和第四镜组分别连接有插入电机。
2.根据权利要求1所述的多功率固体激光器结构，其特征在于：镜组包括对称设置的两个45度全反镜。
3.根据权利要求1所述的多功率固体激光器结构，其特征在于：耦合输出镜与第三镜组之间还活动设置有倍频晶体，倍频晶体连接有插入电机。
4.根据权利要求1所述的多功率固体激光器结构，其特征在于：振荡级泵浦模块I和振荡级泵浦模块II使用直流电源串联控制。
5.根据权利要求1所述的多功率固体激光器结构，其特征在于：激光通过耦合输出镜耦合后经QBH光纤输出。
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