CN1825721A

CN1825721A - 高功率高质量固体激光器

Info

Publication number: CN1825721A
Application number: CN 200510008524
Authority: CN
Inventors: 郑晖; 林授群; 黄见洪; 李绵辉; 林宗志; 叶毅聪; 陈燧; 林文雄
Original assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Current assignee: Fujian Institute of Research on the Structure of Matter of CAS
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: CN100524979C

Abstract

高功率高质量固体激光器涉及固体激光器的制备。该激光器由激光增益介质，泵浦系统与谐振腔组成，其特征在于：在全反镜和激光晶体间放置45°旋光器或λ/4波片，激光晶体的系统主平面到反射镜的距离为反射镜的曲率半径。

Description

高功率高质量固体激光器

技术领域

本发明涉及固体激光器的制备。

背景技术

近年来，固体激光器特别是高功率固体激光器和二极管泵浦固体激光器及其应用研究得到迅速发展。在工业激光材料加工、激光医学、激光化学以及国防军事等方面获得广泛的应用。固体激光器具有输出能量大、峰值功率高、便于光纤耦合、单元技术成熟等优点。其主要缺点是热效应严重、限制了输出功率的进一步提高和光束质量的改善。为了减小热效应，获得高功率高质量的激光输出，国内外采用了各种激光腔结构，实现对热致双折射的补偿。

Koji Yasui提出了HIPER结构，即在两根相互靠近的激光棒之间放置90°旋光器。这种结构优点是插入损耗小，缺点是只有当光束以对称的方式通过相同长度的介质，才能实现对双折射的补偿，并且双聚焦仍导致径向切向光束分离，因此耦合输出光束仍然有较差的光束质量。如果两根棒之间的间距较大，或者谐振腔不是对称腔，径向和切向的基模光斑尺寸差异会加大。

等提出了在两根激光棒间加光学元件的补偿方法。一种为加一个90°偏振旋转器和一个薄透镜(焦距f)的光学元件组合。其中薄透镜到两个激光棒的主平面的距离都为2f。另一种光学元件组合为一个90°偏振旋转器和两个薄透镜。两个透镜组成4f系统。这种结构优点是能获得很好的热致双折射补偿，缺点是其插入损耗大，不适合用于连续低增益激光系统。

Martin Ostermeyer等提出的单棒腔结构，即在一根激光棒端面与后腔镜之间放置45°法拉第旋光器。其中后腔镜到棒主平面的距离等于后腔镜的曲率半径。这种结构很好的解决了上述问题，但是对于一些低增益激光高功率输出的要求仍然得不到满足。

我们发明了一种激光器谐振腔结构，克服以上不足，获得高功率高光束质量的激光输出。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足，设计一种既能获得高功率又具有优良光束质量的固体激光器的谐振腔结构。

现结合附图1描述激光器结构。整个激光器主要由激光增益介质，泵浦系统与谐振腔组成。其中激光增益介质1可为两根或两根以上的激光晶体。各个晶体端面严格平行，串联位于谐振腔中。泵浦系统包括泵浦源2，泵浦腔3，泵浦电源4。其中泵浦源可为闪光灯或半导体泵浦。为补偿热致双折射，本发明采用在全反镜和激光晶体间放置45°旋光器或

波片的方法。其中激光晶体的系统主平面与全反镜的距离与全反镜的曲率半径相等。

现结合附图2说明本发明的技术优点。两根激光晶体尽量靠近放置，可以等效为热焦距

f = \frac{f_{1} f_{2}}{f_{1} + f_{2} - d_{m}}

的厚透镜系统。厚透镜像方主平面到后腔镜的距离

d_{2}^{'} = d_{2} + l_{H}^{'} = d_{2} + f \frac{d_{m}}{f_{1}},

若d₂′等于后腔镜的曲率半径R₂，则棒系统主平面通过后腔镜成像于自身。并且激光往返通过45°旋光器或

波片，径向与切向偏振光相互交换。光在腔内往返两次后就能满足完全补偿双折射的条件。但由于激光棒热焦距与泵浦功率成反比，棒系统主平面也随着泵浦功率变化。因此后腔镜曲率半径R₂的选取与泵浦功率有关，不同的泵浦功率对应不同的R₂。对于一般高功率连续系统所要求的稳定泵浦范围，l_H′的变化与d₂相比可以忽略，认为能基本补偿热致双折射效应。

综上所述，本文所示的谐振腔结构与其他所知结构相比，在各种不同条件下，只要适当改变腔参数都能获得好的热致双折射补偿效果。插入损耗小，可适用于低增益激光输出。多根激光晶体无需完全一致，就能得到高质量高功率的激光输出。

附图说明

图1为本激光器结构示意图。其中1--激光晶体，2--激光泵浦源，3--泵浦腔，4--激光泵浦电源，5--45°旋光器或者波片，6-输出镜，7-全反镜。

图2为本激光器工作原理图。其中H₁，H₂′分别表示第一，二根棒的物方和像方主平面。H，H′表示两根棒系统物方、像方主平面。f₁，f₂分别表示第一，第二根棒的热焦距。d_m表示两棒主平面之间的距离。d₂表示全反镜到H₂′的距离。d₂′表示全反镜到H′的距离。l_H′表示H′到H₂′的距离。R₁，R₂分别表示输出镜与后腔镜的曲率半径。

具体实施例

图1中1为φ8×150mm的Nd:YAG的激光工作物质，用来产生粒子数反转，掺杂的Nd³⁺的离子浓度为0.8at％；2为两根串接的连续氪灯，来泵浦工作物质；3为陶瓷腔，腔壁上镀釉，用于反射泵浦光，腔内通水，用来冷却工作物质1和泵浦灯2；4为连续电源，通过冷却系统，为每根YAG棒提供最大12Kw的泵浦功率；5为45°的旋光器，用于补偿热致双折射效应；6为φ20×5的输出平凹镜，其曲率半径R₁＝0.3m，镜片上镀对1.319μm透过率为10％的膜层；7为φ20×5的平凹后腔镜，其曲率半径R₂＝0.5m，镜片上镀1.064μm的增透膜与1.319μm的高反膜。两根YAG棒相互靠近的一个端面都抛成曲率半径r＝0.8m的球面，两棒之间的距离为160mm，YAG棒到后腔镜的距离l₂＝0.2m，YAG棒到输出镜的距离为l₁＝0.7m。YAG棒上的径向与切向的基模半径在泵浦功率10-12kW范围内基本一致，热致双折射得到了很好的补偿。

Claims

1、高功率高质量固体激光器，由激光增益介质，泵浦系统与谐振腔组成，其特征在于：在全反镜和激光晶体间放置45°旋光器或波片，激光晶体的系统主平面到反射镜的距离为反射镜的曲率半径。