CN116264368A - 一种基于72冲程的碟片激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于72冲程的碟片激光器，其中多冲程泵浦腔内设有反射镜、碟片晶体和36个角锥镜，碟片晶体位于反射镜凹侧反射面的焦点处，36个角锥镜沿着绕轴线C的圆周方向布置，反射镜中部设有中心通孔，泵浦源发出的光线经过准直匀化组件后入射至反射镜的A侧，并聚焦于碟片晶体处，符合要求的波段光线通过碟片晶体分离经由反射镜中心通孔射出，其余光线反射至反射镜的B侧，然后再入射至任一角锥镜处，并经所述角锥镜反射后重新射入反射镜的B侧，并再次聚焦至碟片晶体中，碟片晶体后侧设有热沉，角锥镜的角度为45°。本发明利用反射镜和沿着圆周方向布置的角锥镜形成的反射结构实现对泵浦光72次的吸收，同时实现良好的散热。
Description
技术领域
本发明涉及中红外固体激光器，具体地说是一种基于72冲程的碟片激光器。
背景技术
波长在2μm附近的激光位于大气窗口并且位于对人眼安全的波段，因此在民用及军用领域具有重要应用价值，其中在民用方面，随着近年来2μm波段激光器的快速发展，该波段激光在医学、生命科学、激光测距等领域获得了广泛应用，而在军用方面，2μm波段激光主要应用在激光雷达方面，由于该波段激光位于大气传输窗口附近，可以在大气中传输较长距离，并且由于该波段位于人眼安全波段，可在人群密集区域应用，因此该波段激光可以作为优良的光源应用于各种激光雷达，并可以有效提高雷达的测量精度，而且由于其具有更高的穿透能力，是很好的探测光源，因此对卫星和火箭也能实现精确跟踪。
但是目前2μm激光器输出功率无法获得进一步的突破，一个重要原因是没有合适的泵浦源，目前获得2um波段激光的方法主要有三种：第一种方案是通过非线性光学技术(OPO)，从1μm激光获得2μm波段的激光输出，通过该方法获得中心波长在2μm附近的激光，已经得到了巨大的进步，并且可实现在2μm波段可调谐。但是该方案也存在结构复杂，光光转换效率低等缺点；第二种方案是使用目前已经商用成熟的半导体激光器作为泵浦源，工作物质使用Tm3+、Ho3+双掺基质，该方案激光器的结构相对简易，但是由于工作物质上转换效应等损耗，晶体热负载严重，对晶体温度要求较高，需在低温环境下工作，因此对制冷设备要求较高，应用具有局限性；第三种方案是掺Tm3+离子固体激光器和掺Tm3+离子光纤激光器，该类型激光器发射波段与单掺Ho3+晶体的吸收峰相吻合，可作为泵浦源，通过泵浦Ho晶体获得中心波长在2μm附近的激光，该方案的优点是相较于第二种方案，Tm3+、Ho3+之间的转换损耗被消除，减少了晶体内部由于热沉积产生的焦耳热激光增益的影响，有效的控制了激光振荡时的晶体温度，从而在室温下即可获得波长在2μm附近的激光，并且激光输出功率较高，光束质量较好，但仍有待于进一步减少废热并进一步提升功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于72冲程的碟片激光器，其利用反射镜和沿着圆周方向布置的36个角锥镜形成的反射结构实现了对泵浦光72次的吸收分离，同时利用碟片晶体后侧的热沉实现良好的散热。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于72冲程的碟片激光器，包括泵浦源、准直匀化组件和多冲程泵浦腔，其中所述多冲程泵浦腔内设有反射镜、碟片晶体和36个角锥镜，所述碟片晶体位于所述反射镜凹侧反射面的焦点处，36个角锥镜沿着绕轴线C的圆周方向布置，所述反射镜中部设有中心通孔，泵浦源发出的光线经过准直匀化组件后入射至反射镜的A侧，并且聚焦于所述碟片晶体处，一部分光线通过所述碟片晶体分离经由所述反射镜中心通孔射出，其余光线反射至所述反射镜的B侧，然后再入射至任一角锥镜处，并经所述角锥镜反射后重新射入所述反射镜的B侧，并再次聚焦至所述碟片晶体中，所述碟片晶体后侧设有热沉，所述角锥镜的角度为45°。
所述准直匀化组件包括沿着光线传输方向依次设置的匀化棒和准直透镜。
所述多冲程泵浦腔的光线输出侧设有输出耦合镜，且经所述碟片晶体分离的波段光线经过所述输出耦合镜出射。
所述泵浦源为波长为972±10nm的LD泵浦源。
所述碟片晶体厚度为50～400um。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明利用反射镜和沿着圆周方向布置的36个角锥镜形成的反射结构实现了对泵浦光72次的吸收分离，解决了传统泵浦模式中棱镜角度计算的困扰，只需要将各个角锥镜2沿着圆周排布即可，同时也减小了角锥镜2与反射镜9间的距离，使结构更加紧凑，利于实现设备小型化，另外传统泵浦模式各个棱镜角度不同，加工困难，本发明统一采用45°的角锥镜2，加工更为容易，降低了设备成本。
2、本发明采用热沉对碟片晶体单面泵浦背向冷却，碟片晶体产生的废热只沿着单一轴向散热，有效降低了晶体的热透镜效应，对于碟片晶体具有良好的散热效果，可获得更高的功率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为多冲程泵浦腔，2为角锥镜，3为碟片晶体，4为输出耦合镜，5为热沉，6为准直透镜，7为匀化棒，8为泵浦源，9为反射镜，10为端镜,11为准直匀化组件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1所示，本发明包括泵浦源8、准直匀化组件11和多冲程泵浦腔1，其中所述多冲程泵浦腔1内设有反射镜9、碟片晶体3和36个角锥镜2，所述碟片晶体3位于所述反射镜9凹侧反射面的焦点处，36个角锥镜2沿着绕轴线C的圆周方向布置，所述反射镜9中部设有中心通孔，泵浦源8发出的光线经过准直匀化组件11后入射至反射镜9的A侧，并且聚焦于所述碟片晶体3处，符合要求的波段光线(2μm波长)通过所述碟片晶体3分离经由所述反射镜9中心通孔射出，其余光线反射至所述反射镜9的B侧，然后再入射至任一角锥镜2处，并经所述角锥镜2反射后重新射入所述反射镜9的B侧，并再次聚焦至所述碟片晶体3中，符合要求的波段光线通过所述碟片晶体3再次分离经由所述反射镜9中心通孔射出，由此实现2冲程泵浦结构，而光线经过36个角锥镜2依次反射形成了72冲程泵浦结构，也即对泵浦光72次吸收分离，沿着装置轴向看去，所述角锥镜2可根据需要倾斜调整或绕自身轴线旋转调整，以使光线经过第一个2冲程后反射至下一个2冲程的角锥镜2上，最终实现72冲程泵浦，所述碟片晶体3后侧设有热沉5用于背向冷却，所述碟片晶体3产生的废热通过热沉5后的循环水导出。
如图1所示，所述准直匀化组件11包括沿着光线传输方向依次设置的匀化棒7和准直透镜6，本实施例中，所述匀化棒7横截面为多边形的多边形棒，其材料采用石英或蓝宝石。
如图1所示，所述多冲程泵浦腔1的光线输出侧设有输出耦合镜4，且经所述碟片晶体3分离的波段光线经过所述输出耦合镜4出射，本发明通过改变所述输出耦合镜4的位置和方向可以使激光器的输出特性发生变化，从而获得多模或基横模输出。
本实施例中，所述泵浦源8采用波长为972±10nm的LD泵浦源，所述碟片晶体3材料为Ho；YAG，所述热沉5材料为金刚石，本实施例通过将碟片晶体3加工至厚度为50～400um，并采用热沉5实现碟片晶体3单面泵浦背向冷却的方式进行工作，碟片晶体3产生的废热只沿着单一轴向散热，有效降低了晶体的热透镜效应，对于碟片晶体3具有良好的散热效果，可获得更好功率的泵浦。
所述角锥镜2的角度为45°，本发明利用多个45°的角锥镜2和反射镜9构成多冲程泵浦结构，解决了传统泵浦模式中棱镜角度计算的困扰，只需要将各个角锥镜2沿着圆周排布即可，同时也减小了角锥镜2与反射镜9间的距离，使结构更加紧凑，利于实现设备小型化。另外传统泵浦模式各个棱镜角度不同，加工困难，本发明统一采用45°的角锥镜2，加工更为容易，降低了设备成本。
如图1所示，所述多冲程泵浦腔1内设有端镜10，光线最后经过所述反射镜9反射后入射至所述端镜10处。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，泵浦源8发出的光线经过准直匀化组件11后入射至反射镜9的A侧，并且聚焦于所述碟片晶体3处，一部分光倍晶体吸收后，剩余的光线通过所述碟片晶体3分离经由所述反射镜9中心通孔射出，其余光线反射至所述反射镜9的B侧，然后再入射至任一角锥镜2处，并经所述角锥镜2反射后重新射入所述反射镜9的B侧，并再次聚集至所述碟片晶体3中，由此实现2冲程泵浦结构，光线经过36个角锥镜2依次反射形成72冲程，晶体3的背面反射膜面与输出耦合镜4构成谐振腔，产生激光输出。
Claims (5)
1.一种基于72冲程的碟片激光器，其特征在于：包括泵浦源(8)、准直匀化组件(11)和多冲程泵浦腔(1)，其中所述多冲程泵浦腔(1)内设有反射镜(9)、碟片晶体(3)和36个角锥镜(2)，所述碟片晶体(3)位于所述反射镜(9)凹侧反射面的焦点处，36个角锥镜(2)沿着绕轴线C的圆周方向布置，所述反射镜(9)中部设有中心通孔，泵浦源(8)发出的光线经过准直匀化组件(11)后入射至反射镜(9)的A侧，并且聚焦于所述碟片晶体(3)处，一部分光线通过所述碟片晶体(3)分离经由所述反射镜(9)中心通孔射出，其余光线反射至所述反射镜(9)的B侧，然后再入射至任一角锥镜(2)处，并经所述角锥镜(2)反射后重新射入所述反射镜(9)的B侧，并再次聚焦至所述碟片晶体(3)中，所述碟片晶体(3)后侧设有热沉(5)，所述角锥镜(2)的角度为45°。
2.根据权利要求1所述的基于72冲程的碟片激光器，其特征在于：所述准直匀化组件(11)包括沿着光线传输方向依次设置的匀化棒(7)和准直透镜(6)。
3.根据权利要求1所述的基于72冲程的碟片激光器，其特征在于：所述多冲程泵浦腔(1)的光线输出侧设有输出耦合镜(4)，且经所述碟片晶体(3)分离的波段光线经过所述输出耦合镜(4)出射。
4.根据权利要求1所述的基于72冲程的碟片激光器，其特征在于：所述泵浦源(8)为波长为972±10nm的LD泵浦源。
5.根据权利要求1所述的基于72冲程的碟片激光器，其特征在于：所述碟片晶体(3)厚度为50～400um。
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