CN1983743A

CN1983743A - 一种激光器

Info

Publication number: CN1983743A
Application number: CN 200510134351
Authority: CN
Inventors: 黄凌雄; 张戈; 黄呈辉; 魏勇
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: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-20

Abstract

一种激光器涉及激光器设计领域。将激光介质的两个相对表面加工成两组曲面反射面，要求两者的周期相同，如果其中一个曲面平移半个周期并通过中心轴线对称旋转就能与另一曲面重合；在连续弧形反射面上镀对泵浦光及相应激光波长全反射的膜，形成激光谐振腔。本激光器的薄片结构有利于介质的散热，在相同的光程内，可以减小热效应的影响，有利于激光运转，并可实现激光器的小型化。

Description

一种激光器

技术领域

本发明涉及激光器。

背景技术

在传统的激光谐振腔设计中，激光介质的光学性能、热学性能、机械性能等都有较高的要求，比如：热导率较低的激光介质在较高功率下，会导致谐振腔不稳定，这限制了很多材料在激光领域的应用。为此设计了该类型激光器，其薄片结构有利于介质的散热，在相同的光程内，可以减小热效应的影响，有利于激光运转，并可实现激光器的小型化。

发明内容

本发明的目的在于设计具有一定几何线形的一组相对反射面形成激光谐振腔，最终在激光器中实现激光的输出。

将激光介质的两个相对表面加工成两组反射面，要求两者的周期相同，如果其中一个反射面平移半个周期并通过中心轴线对称旋转就能与另一反射面重合，同时，在反射面上镀对泵浦光及相应激光波长全反射的膜，从而形成激光谐振腔。

激光介质可为晶体或玻璃或陶瓷。

本发明的优选方案之一为：反射面采用直角反射面，即激光介质的两个相对表面加工成具有相同周期性、且错开半个周期的直角面，同时两直角面镀对泵浦光及相应激光波长全反射的膜，直角面之间形成激光谐振腔。

采用直角反射面的激光器如图1所示，其中：1为Nd:YAG激光介质，2为泵浦光输入面，镀对泵浦光的增透，对激光全反的膜，3为激光谐振腔的上表面，4为激光谐振腔的下表面，5为激光输出端面。其中3、4为相对的周期性的直角面，相对的两直角面错开半个周期，在直角面3、4上镀对泵浦光及相应激光波长全反射的膜，激光输出面5镀对激光波长部分透过的膜。泵浦光从输入面2注入激光介质1，使其获得增益，由于直角反射面能够使光线沿平行入射方向反向出射，所以泵浦光和振荡的激光束入射到上反射面3时经过两次反射将沿与入射方向平行的方向出射，光束经过上下两周期性直角面3、4的多次反射仍始终保持与初始光方向相平行，从而在泵浦光输入面2、上表面3、下表面4以及激光输出面5之间形成激光谐振腔。当腔内的激光增益大于损耗时，产生激光振荡，并从激光输出面5输出激光。

图2所表示的是采用不同激光输出端面类型，激光输出方向的改变。1表示的是激光介质Nd:YAG，2为图1中所表示的激光输出端面，3是截去直角棱形后得到的输出端面，2和3都镀对泵浦光全反、激光波长部分透过的膜，其余部分同图1。以2作为激光输出端面时，得到是与图1完全相同的激光谐振腔，使用3作为输出端面，同样，光束在其上沿原光路反向返回，在激光介质中形成来回振荡，增益超过损耗时即可形成激光输出。

具有直角反射面的激光腔可以采用不同的泵浦方式，除了在图1中直接采用的从激光介质的一个端面直接输入泵浦光，还可以采用从侧面输入泵浦光。图3表示的是采用侧面泵浦方式的激光器的示意图。1为激光介质，2表示的是泵浦光输入端面，3、4表示直角面，2、3、4的要求同图1中一样。5表示激光介质的激光输出端面，镀对泵浦光全反射、对相应波长激光部分透过的膜。6、7表示的是泵浦光输入方向，6所表示的是平行纸面的水平方向，7所表示的是垂直纸面入射的方向。泵浦光可以单独沿6或7的方向注入激光介质1，也可以同时沿两个方向注入激光介质1，使之获得增益。振荡的激光束在上下两周期性直角面3、4间来回多次反射，其方向始终保持与初始光方向相平行，最终振荡的激光束垂直入射到激光输出端面5时将沿原光路反射回去，经过3、4的多次反射后振荡的激光束在泵浦光输入端面2又受到一次垂直反射，沿入射光路返回，这样在泵浦光输入面2、上表面3、下表面4以及激光输出面5之间形成激光谐振腔。在腔内振荡的激光束得到的增益超过损耗时，从激光输出端面5输出激光。

本发明的优选方案之二为：曲面反射面采用连续弧形反射面，要求两者的周期相同，如果其中一个曲面平移半个周期并通过中心轴线对称旋转就能与另一曲面重合，同时，在连续弧形反射面上镀对泵浦光及相应激光波长全反射的膜，从而形成激光谐振腔。

连续弧形反射面激光器如图4所示，其中：1为激光介质，2为泵浦光输入端面，3、4分别为激光介质的上下表面，5是激光输出端面。2、3、4、5所镀膜的要求同图1中的说明。6所表示的是一个全反射端面。泵浦光通过输入端面2注入激光介质1使之获得增益，振荡的激光束入射到上反射面3反射到下反射面4，在两者间来回反射直到输出端面5，由于输出端面5与振荡激光束相垂直，使得入射的振荡激光沿原光路返回，再次经过表面3、4多次反射，振荡激光束达到全反射端面6，这个与入射光束相垂直的反射面将振荡激光原路反射回去。这样全反射端面6、反射曲面3、4、输出端面5形成谐振腔，振荡激光光束在腔内来回振荡增益，当其超过损耗时就在激光输出端面5输出激光。

图5给出的是激光器的一种组合形式，在剖面为矩形的激光介质上加上直角棱镜，使棱镜的两个直角面作为激光谐振腔的反射面。图中1为激光介质，2为泵浦光输入端面，镀对泵浦光透过而激光全反的膜，3、4依然为直角反射面，镀有对泵浦光及相应激光全反射的膜层，5是镀有对泵浦光全反、对相应激光部分透过膜的激光输出端面，6是直角棱镜，上下表面的直角棱镜依然错开放置使得直角反射面3、4之间相差半个周期，能够满足对谐振腔的设计要求；7所表示的是直角棱镜与激光介质的界面。泵浦光从输入面2注入激光介质1，使其获得增益，由于直角棱镜和激光介质之间的界面7是一个平面，以任意角度入射直角棱镜的光束，经过界面折射进入棱镜，在直角面二次反射后，再次经界面的折射后出射光路与原光路反向平行。因此，在激光介质中的振荡激光光束之间始终保持平行，因此可以在泵浦光输入面2、棱镜直角面3、4以及激光输出面5之间形成激光谐振腔，而棱镜与激光介质之间的界面对谐振腔没有本质影响。当腔内的激光增益大于损耗时，产生激光振荡，并从激光输出面5输出激光。

图6是将激光介质中光束二维传播扩展为三维传播的示意图。1和7表示的是同一直角反射面的不同截面，其中一个是另一个的水平平移。直角面4位于下表面，如同图1中所表示的那样。如果1与4之间按照图1中的设计，则2表示的是光在传播过程中的位移方向，即光波在上下两表面间不断来回传播，每在直角面反射一个来回就沿2方向平移一个周期。假使该直角面图4围绕中心轴旋转90°(如图6中9所表示)，光束3虽然在直角面上依然沿着与入射方向相平行的相反方向出射，但是其平移方向发生改变，变为在与2方向相垂直的方向5上发生平移。该光束经过这一过程后，如6所示入射到直角面7上，此时，发生与原光束平行的反向传播，平移方向8与2平行反向。重复该过程可以实现光束在激光介质的三维传播。只要反射面设计合理，都可以实现同上述过程类似的光束传播。该转换增加了光束在激光介质中的传播路程，当增益合适时，有利于激光的产生。

附图说明

图1、直角反射面激光腔剖面示意图；

图2、激光腔的不同输出端面示意图；

图3、采用侧面泵浦方式的直角反射面激光腔示意图；

图4、弧形反射面激光腔剖面示意图；

图5、组合直角反射棱镜激光腔剖面示意图；

图6、改变激光介质中光位移方向的激光腔设计示意图。

具体实施方式

1、以Nd:YAG激光晶体作为激光介质

使用N:YAG激光晶体，按照图1所示对其进行加工得到的直角反射面激光腔，其余要求同图1中的说明。泵浦光由谐振腔的输入端面2输入Nd:YAG激光晶体使之获得一定的能量，在由2、3、4和5形成的反射谐振腔中振荡，当损耗超过增益时得到激光输出。泵浦光与形成的激光处于同一光路。

2、不同端面输出的激光器谐振腔

同实施例1的设计，区别在于对激光的输出端面做了改动，激光由图1中的水平方向输出改变为垂直方向输出。

3、泵浦方式不同的激光器设计

谐振腔整体设计同例1，在泵浦方式上做出改变，将原来的泵浦由谐振腔端面输入转变为侧面输入，可以使用单泵浦源从图3中的6或7输入，也可以多泵浦源从6、7同时输入。

4、谐振腔反射面的改变

将例1中设计的直角反射面转变为具有不同线形的反射面，例如曲面，设计合理时在腔内相对的两组凹面反射能够有效地降低光束偏离造成的损耗，使得泵浦阈值降低。

5、组合棱镜形成的激光反射腔

如图5所示，例1中的Nd:YAG晶体加工成长方体，加工好的直角反射棱镜通过一定工艺组合在Nd:YAG晶体上，整体的工作原理同例1。

6、使用不同激光介质

按照例1中的设计，使用Nd:YAP、Nd:YVO4、Nd激光玻璃等取代Nd:YAG激光晶体作为激光介质。

Claims

1、一种激光器，其特征在于：将激光介质的两个相对表面加工成两组反射面，要求两者的周期相同，如果其中一个反射面平移半个周期并通过中心轴线对称旋转就能与另一反射面重合；在反射面上镀对泵浦光及相应激光波长全反射的膜，形成激光谐振腔。

2、如权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的反射面采用直角反射面。

3、如权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的曲面反射面采用连续弧形反射面。

4、如权利要求1或2或3所述的激光器，其特征在于：所述的激光介质为晶体或玻璃或陶瓷。

5、如权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的激光介质的两个表面为平面，将反射镜组装在该平面上形成反射腔。

6、如权利要求1所述的激光器，其特征在于：利用几何面的反射来实现激光光束的转向使激光束在激光介质的三维传播。

7、如权利要求6所述的激光装置，其特征在于：所述的几何面的改变采用如下形式，下表面周期变化的反射面在其中一个位置，该周期曲面发生中断并保持曲面形状沿中心对称轴旋转90°，当光在该表面反射时，光的位移方向将发生改变，在垂直原位移方向上偏移半个周期；同样再经过一次该变化，光的位移方向可以折回与原最初位移方向相平行。