CN1169607A - 高功率腔内声光调制激光器 - Google Patents

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Abstract

一种高功率腔内声光调制激光器,适用于激光工业加工和激光毛化表面热处理等。激光器的构成是在激光谐振腔内同光轴的置有n级(n≥2)具有感生热焦距相等(即f1=f2=f3,…=fn=f)的固体激光工作物质和m个(m< n)性能相同的声光Q开关,声光Q开关的中心位置恰好是相邻两级激光工作物质的公共热焦点处,对于每级激光工作物质和每个声光Q开关均处于最佳热补偿位置,因此激光器可以获得高效率、高光束质量的高激光功率的输出。

Description

高功率腔内声光调制激光器
本发明属于激光谐振腔内含有多级激光工作物质和声光Q开关的高功率腔内声光调制激光器。主要用于激光工业加工，特别适用于激光毛化等表面处理。
输出脉冲重复频率在千赫兹以上的激光器，为了获得高的峰值功率，常用声光Q开关。上海科学技术出版社出版，1979年6月第1版，由赫光生、雷仕湛编著的“激光器设计基础”一书P247给出了目前通常采用的连续泵浦腔内声光调Q激光器。
已有技术1，如图1示，由全反射镜1和激光输出镜5构成的激光谐振腔6内，在同一光轴上靠近全反射镜1一端置有声光Q开关2，靠近激光输出镜5的一端置有激光工作物质4，在声光Q开关2与激光工作物质4之间置有小孔光阑3。这样结构的激光器能获得重复频率为几千赫兹，平均输出功率几十瓦，输出峰值功率数万瓦的高功率调Q激光输出。但这种结构，受到工作物质尺寸、声光Q开关关断功率和有效孔径的限制，只能达到一定的调Q激光功率输出。
已有技术2如图2示，由全反射镜1和激光输出镜5构成的激光谐振腔6内，由全射镜1至激光输出镜5之间依次置有声光Q开关2，小孔光阑3，两级激光工作物质4、7并排串接置放着。这种结构虽能提高激光输出功率，然而要求声光Q开关的关断功率高，有效孔径要大。因此要想获得更高的连续泵浦的调Q激光功率输出，将是十分困难的。
本发明的目的为克服上述激光器的不足，提供一种在激光谐振内既含有多级激光工作物质和声光Q开关，又对声光Q开关要求不苛刻的连续泵浦的高功率腔内声光调制激光器。
本发明激光器的结构是在由全反射镜1和激光输出镜5构成的激光谐振腔6内在同一光轴上，置有n(n≥2)级相同的激光工作物质4、7、9、10和m(m＜n)个性能相同的声光Q开关2、8。其中n级激光工作物质4、7、9、10是同种类的工作物质，而且几何形状和外形尺寸也完全相同。因为对于每级激光工作物质4、7、9、10经过连续泵浦源的泵浦光泵浦之后均感生形成一热透镜，即均形成一感生热焦点O、O1、O2，其感生热焦距为f1，f2，f3，…，fn，在本发明中要求每级热焦距均相等，即f1＝f2＝f3…＝fn＝f，并要求每相邻两级激光工作物质4与7，或4与9都具有共同的热焦点O、O1、O2，也就是要求两激光工作物质4与7的中心(相当于工作物质热透镜位置)之间的距离为2f，两激光工作物质4与9中心之间的距离也为2f。此时，腔内的振荡激光束为最大限度地充满激光工作物质，从而可以获得高效率、高光束质量的高激光功率振荡。同时激光谐振腔6内有m个相同的声光Q开关2、8的中心是置于2f的中点O上，即置于两级激光工作物质4、7或4、9的公共热焦点上，此时，一方面可减小对声光Q开关的有效孔径要求，另一方面由于激光工作物质是分级以声光Q开关2、8的中心，也就是以公共热焦点为对称中心置放的(例如图3或图5)，从而激光器的增益分布使声光Q开关的关断功率成倍地提高，至此实现了高功率调Q激光的输出。
所说的激光工作物质4、7、9、10，…，是固体工作物质，如可以选择Nd∶YAG晶体、Nd∶YLF晶体或Nd∶YAP晶体。但置于同一激光器的激光谐振腔6内，有n级激光工作物质4、7、9、10，…时，每一级所选取的工作物质的种类必须是相同的，而且几何形状、外形尺寸也完全相同。
本激光器的优点是每两级激光工作物质和声光Q开关都置于最佳地热补偿的位置，经连续泵浦后可以获得高效率、高光束质量的高激光功率输出，每个声光Q开关的中心置于相邻两级工作物质之间的热焦点上，可以大大提高声光Q开关的关断功率以及提高声光Q开关有效工作孔径，从而不仅对声光Q开关的要求不苛刻，而且会使得声光Q开关的作用发挥得更好。
下面结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
图1是已有技术1的激光器结构示意图；
图2是已有技术2的激光器结构示意图；
图3是本发明激光器(n＝2，m＝1)的一种结构示意图；
图4是本发明激光器(n＝3，m＝2)的一种结构示意图；
图5是本发明激光器(n＝4，m＝1)的一种结构示意图。
实施例1：
如图3所示。在全反射镜1与激光输出镜5所构成的激光谐振腔6内，置有两级(n＝2)激光工作物质4、7，激光工作物质选用棒状的Nd∶YAG，外形尺寸均为φ7×105mm，基波为1.064nm，两级激光工作物质4、7感生的热透镜焦距为f1＝f2＝f＝260mm，则两级激光工作物质4与7的中心之间距离恰好是2f＝260mm×2＝520mm，所以感生的热透镜焦点O是两级激光工作物质4与7的公共焦点。置于两级工作物质4、7之间的声光Q开关2的中心恰好与公共焦点O重合。也就是说两级激光工作物质4与7相对声光Q开关2是完全对称的。
本实施例中，采用连续泵浦的泵浦源，声光Q开关2的关断功率为35W，因为采用了上述本发明的结构，使得声光Q开关的关断激光功率成倍地增长，即可达到70W。而且输出激光发散度小于10毫弧度。
实施例2：
如图4示。在全反射镜1与激光输出镜5所构成的激光谐振腔6内，同光轴的分别以两(m＝2)性能完全相同的声光Q开关2、8对称的置有三级(n＝3)激光工作物质4、7、9，即声光Q开关2的中心O1为激光工作物质9与4所感生的热透镜焦点，声光Q开关8的中心O2为激光工作物质4与7所感生的热透镜焦点。本实施例的激光器获得了高质量的高激光功率的输出。
实施例3：
如图5所示。在全反射镜1与激光输出镜5所构成的激光谐振腔6内，同光轴的以声光Q开关2对称的置放有四级(n＝4)激光工作物质4、7、9、10，也就是说声光Q开关2的中心O是四级激光工作物质4与7，9与10的公共热焦点。

Claims (3)

1.一种高功率腔内声光调制激光器，在由全反射镜(1)与激光输出镜(5)所构成的激光谐振腔(6)内，同光轴的置有激光工作物质(4)与声光Q开关(2)，其特征在于：
(1)在同一激光谐振腔(6)内，同光轴的置有n(n≥2)级激光工作物质(4)、(7)、(9)、(10)，及m个(m＜n)声光Q开关(2)、(8)；
(2)置于同一激光谐振腔(6)内的n级激光工作物质所形成的感生热透镜的热焦距均相等，即f1＝f2＝f3，…，＝fn＝f；
(3)置于同一激光谐振腔(6)内，每相邻两级激光工作物质(4)与(7)、(4)与(9)均有公共热焦点O、O1、O2；
(4)置于激光谐振腔(6)内的声光Q开关(2)、(8)性能相同，而且它的中心恰好是相邻两级激光工作物质(4)与(7)，(4)与(9)的公共热焦点O、O1、O2.
2.依据权利要求1所述的一种激光器，其特征在于置于同一激光谐振腔(6)内的n级激光工作物质的种类，几何形状和外形尺寸均相同。
3.依据权利要求1或2所述的一种激光器，其特征在于所说的激光工作物质是固体工作物质，如Nd∶YAG晶体、Nd∶YLF晶体、Nd∶YAP晶体。
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