CN1321486C - 激光器棒腔一体化方法和结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了激光器棒腔一体化方法和结构，在掺激光激活离子的激光晶体一端或两端通过高温键合上未掺激光激活离子的同基质晶体，形成两个端帽，端帽端面经光学加工后再镀膜。掺激光激活离子的激光棒晶体和未掺激光激活离子的同基质晶体可以是Nd:YAG和未掺杂YAG，Yb:YAG和未掺杂YAG，Nd:GdVO4和未掺杂GdVO4，Yb:GdVO4和未掺杂GdVO4。根据镀膜的不同要求，分别可以制作侧向泵浦的棒腔一体化激光器元件、端面泵浦的棒腔一体化激光器元件。实现了谐振腔和激光工作物质的一体化。

Description

激光器棒腔一体化方法和结构
技术领域
本发明涉及一种全固化激光器领域，更具体的说是一种棒腔一体化的激光器。
背景技术
光学谐振腔和激光工作物质是激光器的最重要组成部分。工作物质是指能够产生受激发光的材料。谐振腔是指光子可在其中来回振荡并实现选频和限模的光学腔体。
传统的固体激光器的光学谐振腔主要由全反射镜和部分反射镜组成。通常，两块反射镜与激光工作物质是分离的，或其中的一个反射镜与激光工作物质是分离的，在激光棒的一端镀膜成为谐振腔的一个反射镜面。
这样的激光器在工作时，需要进行谐振腔的调整。由于谐振腔反射镜的调整平行度要求很高，通常在秒级，调整时需要有较强的专业技术知识。谐振腔的调整不当将严重影响激光器的工作特性。同时因元件的分离，系统抗机械结构变形和机械振动的能力较差，对激光器的广泛应用造成了一定限制。
发明内容
现在固体激光器的发展已经到了激光二极管泵浦代替闪光灯泵浦的时代，固体激光器实现全固化是大势所趋。本发明的目的是提供一种激光器棒腔一体化技术与方法，实现了谐振腔和激光工作物质的全固化、一体化，使得激光器在工作时，不需要进行谐振腔的调整，而且激光器抗机械结构变形和机械振动的能力大大提高。
本发明的技术方案：
激光器棒腔一体化方法，其特征在于掺激光激活离子的激光晶体一端或两端通过高温键合上未掺激光激活离子的同基质晶体，形成两个端帽，光学加工端帽端面，使其满足激光器的设计要求，然后在两端帽端面镀特定的反射膜，即可使两端帽端面成为谐振腔的前腔镜和后腔镜，从而把谐振腔和激光工作物质固化在一起，实现激光器的棒腔一体化。
在掺激光激活离子的激光晶体一端或两端通过高温键合上未掺激光激活离子的同基质晶体，形成左、右两个端帽，端帽端面镀反射膜。端帽有平端帽、弧形端帽等多种形式，成为特殊构型的激光工作物质。
掺激光激活离子的激光晶体与未掺激光激活离子的同基质晶体之间的高温键合，是两种晶体之间熔为一体，无界面，不改变原来晶体的光学性能。
左端帽端面镀对激光器本身发射激光全反射膜，在右端帽端面镀对激光部分反射的膜，左、右端帽两端面形成谐振腔后腔镜和前腔镜。
左端帽端面镀对泵浦光  增透、对激光器本身产生激光  全反射的介质膜，在右端帽端面镀对激光部分反射的膜，左、右两端帽端面形成谐振腔的后腔镜和前腔镜。
根据镀膜的不同要求，分别可以制作侧向泵浦的棒腔一体化激光器元件、端面泵浦的棒腔一体化激光器元件。
掺激光激活离子的激光晶体和未掺激光激活离子的同基质晶体可以是Nd:YAG和未掺杂YAG，Yb:YAG和未掺杂YAG，Nd:GdVO4和未掺杂GdVO4，Yb:GdVO4和未掺杂GdVO4。总之可以是一切掺激光激活离子的基质晶体和未掺激光激活离子的同基质晶体键合所形成的棒腔一体化元件。
本发明激光器棒腔一体化技术与方法，采用高温键合技术，把掺激光激活离子的激光晶体和同基质的未掺激光激活离子的激光晶体的相同晶面，光学加工至符合键合要求，实现光学胶合后，再经过一系列高温处理，实现掺激光激活离子的激光晶体和同基质的未掺激光激活离子的晶体高温键合。键合后的晶体为均匀过渡的统一晶体，无界面，不改变原来晶体的光学性能，且键合后的晶体可经受通常的光学与机械加工。
因为特殊构型激光棒在实现激光运转时两端温升小，两端镀膜能保持稳定。在制作激光器时，根据激光器性能的要求，设计出掺杂激光棒的长度，再根据谐振腔长度要求，定出未掺杂端帽区域长度，加工端帽两个端面，使其满足激光器设计要求，然后在两端帽的端面镀特定的反射膜，即可使两端面成为谐振腔的前腔镜和后腔镜。从而把谐振腔和激光工作物质固化在一起，实现棒腔一体化。
本发明的优点为：
(1)激光谐振腔免调整，因为腔镜和激光工作物质已经固化为一体，故无需调整。
(2)强的抗机械振动能力，由于谐振腔固化为一体，因此腔体形状不会因机械振动发生变化。
(3)强的抗机械结构热变能力，由于不需要调整架，避免了环境温升带来的机械调整架的变形影响。
(4)强的抗空气扰动能力，因为腔中没有空气，故空气对谐振腔没有扰动。
(5)散热能力强，棒腔一体化的谐振腔基本上不产生热畸变，从而提高了激光光束的质量和光束的稳定性。
(6)体积小，因为省去了调整架等许多机械构件，大大地缩小了激光器体积。
(7)有利于激光棒的冷却，因为有了未掺杂的端帽，激光棒两端的支撑部件便可置于激光棒顶端，从而可使激光棒的掺杂增益区域完全置于冷却系统中，实现对激光棒工作区域的完全冷却。
(8)因为未掺杂区域对泵浦光和本身的激光不产生吸收或吸收非常小，所以在激光棒两端的温升很小，有利于保护激光棒两端的反射膜。这有利于棒腔一体化的实现。
(9)采用棒腔一体化是新一代固体激光器。如果以LD激光为泵浦源，则是新一代的全固化激光器，真正地实现固体激光器的全固化，。
附图说明
图1为本发明激光器棒腔一体化结构示意图。
具体实施方式
参见图1。本发明包括有掺激光激活离子的激光棒1，其晶体为Nd:YAG或Yb:YAG，激光棒1两端分别有通过高温键合上未掺激光激活离子的同基质晶体YAG棒2和3，形成两个端帽，端帽经光学加工后再镀膜。A端帽端面镀对激光器本身发射激光全反射膜，同时镀对泵浦光的增透膜，在B端帽端面镀对激光部分反射的膜，A、B两端帽端面形成谐振腔后腔镜和前腔镜。

Claims (2)

1、激光器棒腔一体化方法，其特征在于掺激光激活离子的激光晶体一端或两端通过高温键合上未掺激光激活离子的同基质晶体，形成两个帽端，光学加工端帽端面，使其满足激光器的设计要求，然后在两端帽端面镀特定的反射膜，即可使两端帽端面成为谐振腔的前腔镜和后腔镜，从而把谐振腔和激光工作物质固化在一起，实现激光器的棒腔一体化。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于掺激光激活离子的激光晶体与未掺激光激活离子的同基质晶体之间的高温键合，是两种晶体熔为一体，无界面，不改变原来晶体的光学性能。
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