CN1254891C - 板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法及其增益模块 - Google Patents

板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法及其增益模块 Download PDF

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板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法及其增益模块,属于高功率固体激光器技术领域。本发明的主要技术特点是该泵浦方法是将两种不同波长的泵浦光分别从板条状激光增益介质的三对表面中的任意两对表面耦合到增益介质的内部,其激光增益介质采用具有双吸收峰或者多吸收峰结构的激光增益介质,实现板条状固体激光器的高功率输出。本发明克服了单一波长的泵浦光只能采用单一泵浦方式的限制,还可以提高注入的泵浦功率,改善泵浦能量分布的均匀性,从而有利于获得高功率激光输出,改善输出激光的光束质量。采用这种泵浦方法的板条状激光增益介质既可以用作激光主振级的增益模块,也可以用作激光放大级的增益模块。

Description

板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法及其增益模块
技术领域
本发明涉及一种板条状激光增益介质的泵浦方法及其增益模块,属于高功率固体激光器
技术领域。
背景技术
激光增益介质主要有板条状、棒状和薄盘片状等几何构型。板条状介质相对于棒状介质更有利于获得高功率输出。之字形(Zigzag)光路的板条激光器的激光光束在板条内部由于全反射而形成之字形光路。之字形光路补偿了板条厚度方向的光学不均匀性,降低了热透镜效应对输出激光的影响,并且消除了应力引起的双折射效应。
在二极管泵浦的高功率板条状激光增益模块中,现有技术采用了单一的泵浦波长、单一的泵浦方式,主要有上下表面泵浦、端面泵浦和侧面泵浦这几种单一的泵浦方式。在上下表面泵浦方式中,二极管阵列发出的泵浦光由上下表面耦合到板条。采用这种泵浦方式的专利有美国的4,127,827、4,852,109、5,271,031、5,305,345、5,646,773和5,651,021等,由于板条的几何结构的限制,上下表面泵浦的吸收光程一般小于数毫米。这种上下表面泵浦方式只适用于具有高吸收系数的激光增益介质。在美国专利6,134,258中,采用了侧面泵浦方式,从板条的宽度方向而不是厚度方向进行泵浦,吸收光程比上下表面泵浦方式有所提高,但是在增益介质吸收系数较低时,这种结构也无法得到较高的吸收效率。在美国专利6,094,297中,公开了一种新型的端面泵浦之字形光路的板条激光器,它的吸收光程比较长,约等于板条的长度,泵浦光被充分吸收,泵浦效率较高,可以达到90%以上。但是这种端面泵浦方式也有它的缺点:由于端面面积比较小,限制了泵浦能量的输入,这样就使得采用这种泵浦方式的板条激光器向高功率扩展较为困难。
发明内容
针对现有板条状激光增益介质采用单一的泵浦波长、单一的泵浦方式的诸多不足,本发明提供一种针对板条状的激光增益介质的双波长组合泵浦方法及其增益模块。
本发明的技术方案如下:
一种板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法,其特征在于:该泵浦方法是将两种不同波长的泵浦光分别从板条状激光增益介质的三对表面中的两对表面耦合到增益介质的内部,其中一种波长的泵浦光从板条的三对表面中的一对注入,另一种波长的泵浦光从余下的两对表面中的一对注入;所述的激光增益介质采用具有双吸收峰或者多吸收峰结构的激光增益介质;所述的两种不同波长的泵浦光的波长分别位于激光增益介质吸收谱的两个不同的吸收峰上;当采用端面和侧面双波长组合泵浦方式时,端面对输出激光和从端面入射的泵浦光增透,侧面对从侧面入射的泵浦光增透;当采用端面和上下表面双波长组合泵浦方式时,端面对输出激光和从端面入射的泵浦光增透,上下表面对从上下表面入射的泵浦光增透:当采用侧面和上下表面双波长组合泵浦方式时,侧面对从侧面入射的泵浦光增透,上下表面对从上下表面入射的泵浦光增透,端面对输出激光增透。
本发明所述的泵浦光可以由单条、面阵二极管或由它们组成的阵列发出,或直接耦合到激光增益介质内部,或经过光纤耦合、光学耦合系统耦合到激光增益介质内部。
本发明提供的一种上述泵浦方法的激光增益模块,含有泵浦光源和板条状的激光增益介质,其特征在于:所述激光增益介质的端面镀对输出激光和从端面入射的泵浦光的增透膜,侧面镀对从侧面入射的泵浦光的增透膜;或端面镀对输出激光和从端面入射的泵浦光的增透膜,上下表面镀对从上下表面入射的泵浦光的增透膜;或端面镀对输出激光增透膜,侧面镀对从侧面入射的泵浦光的增透膜,上下表面镀从上下表面入射的泵浦光的增透膜;所述的泵浦光源为两种不同波长的光源,其波长分别位于激光增益介质吸收谱的两个不同的吸收峰上。
本发明所述的激光增益模块,其特征在于:所述的板条状的激光增益介质为具有双吸收峰或者多吸收峰结构的激光增益介质。
本发明所述的板条状的激光增益介质的端面与上下表面垂直或倾斜。可以采用单一的均匀掺杂的激光增益介质;或者采用热键合技术或生长方法得到的复合的板条状的激光增益介质,其板条中心是掺杂的激光增益介质,四周是非掺杂介质,四周的非掺杂介质对泵浦光透明。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果:本发明提供的板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法是采用两种不同波长的泵浦光从板条的不同表面同时泵浦激光增益介质,得到一种新型的激光增益模块。这种泵浦方法克服了单一波长的泵浦光只能采用单一泵浦方式的限制,还可以提高注入的泵浦功率,改善泵浦能量分布的均匀性,从而有利于获得高功率激光输出,改善输出激光的光束质量。采用这种泵浦方法的板条状激光增益介质既可以用作激光主振级的增益模块,也可以用作激光放大级的增益模块。
附图说明
图1a、1b、1c分别表示已有的端面、侧面和上下表面单一波长泵浦方式示意图。
图2为采用端面和侧面双波长组合泵浦方式的板条激光器的结构示意图。
图3a为端面和侧面双波长组合泵浦的板条状激光增益介质的直通光路示意图。
图3b为端面和侧面双波长组合泵浦的板条状激光增益介质的之字形光路示意图。
图3c为端面和侧面组合泵浦复合板条状激光增益介质的之字形光路示意图。
图4a为板条状激光增益介质的端面和侧面双波长组合泵浦方式示意图。
图4b为板条状激光增益介质的端面和上下表面双波长组合泵浦方式示意图。
图4c为板条状激光增益介质的侧面和上下表面双波长组合泵浦方式示意图。
具体实施方式
双波长组合泵浦方法的主要特点是把两种不同波长的泵浦光分别从板条的端面、侧面或上下表面耦合到激光增益介质内部,适合应用于具有双吸收峰或者多吸收峰的吸收谱结构的激光增益介质。激光增益介质对不同波长泵浦光的吸收系数差别较大,激光增益介质对两种不同波长泵浦光中吸收系数相对较大的泵浦光称为高吸收系数泵浦光,吸收系数相对较小的泵浦光称为低吸收系数泵浦光。两种不同波长泵浦光的中心波长分别位于激光介质吸收谱的两个吸收峰上。板条状激光增益介质的端面或者侧面作为低吸收系数泵浦光的入射面,低吸收系数泵浦光从端面或者侧面入射到板条增益介质内部,由于全反射,大部分泵浦光被约束在板条增益介质的内部,并且被不断吸收,吸收光程大约等于增益介质的长度或者宽度;高吸收系数泵浦光从侧面或者上下表面入射到板条增益介质内部,吸收光程为增益介质的宽度或者厚度。例如Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:ED-2Glass等晶体分别在808nm和885nm两个中心波长处具有较强的吸收峰,但吸收系数差别较大,可以采用波长为808nm和885nm的泵浦光分别泵浦板条的侧面和端面,或上下表面和侧面,或上下表面和端面。
此外,板条状激光增益介质还可以由复合的材料组成。板条中心是掺杂的激光增益介质,四周是利用热键合技术或者是生长方法得到非掺杂介质,四周的非掺杂介质对泵浦光透明,把泵浦光约束在板条中心部分而被中心的掺杂材料吸收。这种结构可以进一步提高泵浦功率密度,改善泵浦能量分布的均匀性,还有利于提高端面膜层的抗激光损伤能力。
下面结合附图进一步说明本发明的原理、结构和具体实施方式。
现有的针对板条状激光增益介质的泵浦方法如图1a、图1b和图1c所示。各图中,11为板条状激光增益介质,13表示输出激光在板条晶体中的传输方向,泵浦方式均为单一泵浦波长、单一泵浦方式的泵浦方法。板条状激光增益介质具有两两相对的三对表面,如图1a中的15所示的一对表面称为端面,16所示的一对表面称为上下表面,17所示的一对表面称为侧面。两个端面可以保持与上下表面垂直,也可以切割成与上下表面成一定角度(例如布儒斯特角)的形式。在图1a中,泵浦光12和14从两个端面(或两个端面之一)注入板条内部,泵浦注入方向与激光输出方向平行,即通常所说的端面泵浦方式,上下表面可以安装热沉加强散热;在图1b中,泵浦光由板条的侧面注入板条内,即通常所说的侧面泵浦方式,泵浦注入方向如图中示的18和19所示(或其中方向之一,另一侧面镀泵浦光全反膜),与激光输出方向垂直,上下表面也可以安装热沉;在图1c中,泵浦光由板条的上下表面注入板条内,即通常所说的上下表面泵浦方式,泵浦方向如图中示的20和21所示(或其中方向之一,另一表面镀泵浦光全反膜),与激光输出方向垂直。
本发明提供的双波长组合泵浦板条状激光增益介质的泵浦方法可以有三种不同的泵浦方式:端面和侧面双波长组合泵浦方式、端面和上下表面双波长组合泵浦方式以及侧面和上下表面双波长组合泵浦方式。板条状激光增益介质的两个端面既可以切割成与上下两个表面垂直的形式,也可以切割成与上下表面倾斜(例如布儒斯特角)的形式。采用端面和侧面双波长组合泵浦方式的之字形光路板条激光器示意图如图2所示。图中激光增益介质的两个端面切割成与激光传输方向成布儒斯特角的形式。该激光器由激光器谐振腔镜22和26、板条状的激光增益介质25、低吸收系数泵浦光23和28(例如对应Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:ED-2Glass等增益介质的885nm泵浦光)、高吸收系数泵浦光24和29(例如对应Nd:YAG、Nd:GGG、Nd:ED-2Glass等增益介质的808nm泵浦光)等部分组成,激光输出方向如图中的27所示。板条状激光增益介质的侧面镀对高吸收系数泵浦光增透的光学薄膜,提高泵浦光的耦合效率,端面镀对输出激光增透的光学薄膜,降低板条介质对输出激光的损耗。
为了降低增益模块的工作温度,提高能量的转换效率,增大输出激光功率,改善光束质量,可以在板条的上下表面安装热沉,通过热传导把增益模块在能量转换过程中产生的废热转移到热沉上,再通过冷却系统把废热带走。
双波长组合泵浦的板条状激光增益介质可以采用不同的不同板条形状和激光光路形式:均匀掺杂的直通光路的板条结构、均匀掺杂的之字形光路的板条结构、复合介质的直通光路的板条结构或复合介质的之字形光路的板条结构。图3a所示为直通光路形式的板条状激光增益介质及其激光输出的光路示意图。图3b所示为之字形光路形式的板条状激光增益介质及其输出激光的光路示意图。图3c所示为之字形光路形式的复合板条状激光增益介质及其激光输出的光路示意图,图中35为复合板条状介质(例如Nd:YAG/YAG),由掺杂晶体36(如Nd:YAG)和非掺杂晶体37(如YAG)复合构成。
双波长组合泵浦板条状激光增益介质的泵浦方法可以有三种不同的泵浦方式:如图4a所示的端面和侧面双波长组合泵浦方式,如图4b所示的端面和上下表面双波长组合泵浦方式,如图4c所示的侧面和上下表面双波长组合泵浦方式。各图中,11均表示板条状激光增益介质,它的两个端面可以切割成与上下两个表面垂直,也可以切割成与激光传输方向成成角度的形式,例如前述的布儒斯特角形式,板条还可以是复合的增益介质,30均表示激光输出方向。
图4a所示为两种不同波长的泵浦光通过端面和侧面同时注入板条内部的新型泵浦方式。低吸收系数泵浦光由端面注入,如图中的31和33方向所示,端面镀对低吸收系数泵浦光和输出激光高透的增透膜,提高泵浦效率,降低激光的损耗;高吸收系数泵浦光由侧面注入,如图中的32和34方向所示,两个侧面镀对高吸收系数泵浦光高透的增透膜,提高泵浦效率。
图4b所示为两种不同波长的泵浦光通过端面和上下表面同时注入板条内部的新型泵浦方式。低吸收系数泵浦光由端面注入,如图中的31和33方向所示,端面镀对该波长泵浦光和输出激光高透的增透膜,提高泵浦效率,降低激光的损耗;高吸收系数泵浦光由上下两个表面注入(也可以由一个表面注入,而另一个表面作为冷却面,与热沉相连),如图中的38和39方向所示。
图4c所示为两种不同波长的泵浦光通过侧面和上下表面同时注入板条内部的新型泵浦方式。低吸收系数泵浦光由侧面注入,如图中的32和34方向所示,两个侧面表面镀对该波长泵浦光高透的增透膜,提高泵浦效率;高吸收系数泵浦光由上下表面注入(也可以由一个表面注入,而另一个表面作为冷却面,与热沉紧密接触),如图中的38和39方向所示,端面镀对输出激光的增透膜。

Claims (7)

1.板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法,其特征在于:该泵浦方法是将两种不同波长的泵浦光分别从板条状激光增益介质的三对表面中的两对表面耦合到增益介质的内部,其中一种波长的泵浦光从板条的三对表面中的一对注入,另一种波长的泵浦光从余下的两对表面中的一对注入;所述的激光增益介质采用具有双吸收峰或者多吸收峰结构的激光增益介质;所述的两种不同波长的泵浦光的波长分别位于激光增益介质吸收谱的两个不同的吸收峰上;当采用端面和侧面双波长组合泵浦方式时,端面对输出激光和从端面入射的泵浦光增透,侧面对从侧面入射的泵浦光增透;当采用端面和上下表面双波长组合泵浦方式时,端面对输出激光和从端面入射的泵浦光增透,上下表面对从上下表面入射的泵浦光增透;当采用侧面和上下表面双波长组合泵浦方式时,侧面对从侧面入射的泵浦光增透,上下表面对从上下表面入射的泵浦光增透,端面对输出激光增透。
2.按照权利要求1所述的双波长组合泵浦方法,其特征在于:所述的泵浦光可以由单条、面阵二极管或由它们组成的阵列发出,或直接耦合到激光增益介质内部,或经过光纤耦合、光学耦合系统耦合到激光增益介质内部。
3.一种板条状激光增益介质的双波长组合泵浦方法的激光增益模块,含有泵浦光源和板条状的激光增益介质,其特征在于:所述激光增益介质的端面镀对输出激光和从端面入射的泵浦光的增透膜,侧面镀对从侧面入射的泵浦光的增透膜;或端面镀对输出激光和从端面入射的泵浦光的增透膜,上下表面镀对从上下表面入射的泵浦光的增透膜;或端面镀对输出激光增透膜,侧面镀对从侧面入射的泵浦光的增透膜,上下表面镀对从上下表面入射的泵浦光的增透膜;所述的泵浦光源为两种不同波长的光源,其波长分别位于激光增益介质吸收谱的两个不同的吸收峰上。
4.按照权利要求3所述的激光增益模块,其特征在于:所述的板条状的激光增益介质为具有双吸收峰或者多吸收峰结构的激光增益介质。
5.按照权利要求4所述的激光增益模块,其特征在于:所述的板条状的激光增益介质的端面与上下表面垂直或倾斜。
6.按照权利要求3、4或5所述的激光增益模块,其特征在于:所述的板条状的激光增益介质采用单一的均匀掺杂的激光增益介质,或者采用热键合技术或生长方法得到的复合的板条状的激光增益介质,其板条中心是掺杂的激光增益介质,四周是非掺杂介质,四周的非掺杂介质对泵浦光透明。
7.按照权利要求6所述的激光增益模块,其特征在于:所述的泵浦光源采用单条二极管、面阵二极管或由它们组成的阵列。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102882109A (zh) * 2011-07-14 2013-01-16 中国科学院理化技术研究所 一种用于固体激光器的激光头装置
CN102856785A (zh) * 2012-09-06 2013-01-02 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种端面与侧面复合泵浦的装置及激光器
CN104332807A (zh) * 2014-11-05 2015-02-04 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种板条激光放大器及其激光输出方法
CN107104350B (zh) * 2017-05-25 2023-07-28 衢州学院 一种激光放大器
CN109378685B (zh) * 2018-12-19 2020-09-01 中国电子科技集团公司第十一研究所 泵浦装置
EP4166845A4 (en) * 2020-06-12 2023-11-29 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHT EMITTING SYSTEM
CN112152055A (zh) * 2020-10-21 2020-12-29 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种固体激光器
CN113161861A (zh) * 2021-04-19 2021-07-23 北京工业大学 一种多通泵浦Yb:YAG双包层平面波导激光放大器
CN115084982B (zh) * 2022-07-15 2023-01-24 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102074888A (zh) * 2010-04-23 2011-05-25 中国科学院理化技术研究所 具有单一束激光输出或线阵激光输出的自倍频激光器

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