CN201061079Y - 大功率高脉冲能量的固体激光器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固体激光器装置，尤其适用于产生大功率高脉冲能量的脉冲Ho:YAG、Er:YAG及Nd:YAG的大功率高脉冲能量的固体激光器装置。一种大功率高脉冲能量的固体激光器装置，包括聚光腔体以及与聚光腔体中激光晶体在一条光路上的全反射镜、输出镜和窗口镜，其特征在于：聚光腔体外形呈“凸”字形，由后端头、腔主体、前端头连接组成，腔主体内装有陶瓷管，激光晶体和泵浦灯上下平行置于陶瓷管中，装置的下面置有进水口、出水口，由泵浦灯两端引出两根高压导线，装置后侧面和前侧面分别装有进气阀和出气阀。本实用新型主要用于生成大功率高脉冲激光。

Description

大功率高脉冲能量的固体激光器装置

技术领域

本实用新型涉及一种固体激光器装置，尤其适用于产生大功率高脉冲能量的脉冲Ho:YAG、Er:YAG及Nd:YAG的大功率高脉冲能量的固体激光器装置。

背景技术

激光是上世纪60年代最重大的科学技术成就之一。它以高亮度、高方向性、高单色性、高相干性等突出特点，广泛运用于工农业、精密测量与探测、通讯与信息处理、医疗与军事等各个方面，并在科学技术的许多重大领域里引起了革命性的变化。激光与普通光源发光并无本质上的差别，他们都是一种电磁波，都具有波粒二象性。激光独有的四大特点，是由激光的发射机理和激光器的特殊结构所决定的。

一般情况下，粒子存在的能级有三个，低能级(基态)E₁、中能级(亚稳态)E₂和高能级(激发态)E₃。基态是粒子能量最稳定的状态，处于低能级E₁的粒子远远超过处于高能级E₃的粒子数目，低能级基态E₁的粒子获得一定的外加能量(例如光照、电子碰撞、分解或化合以及加热等)后，被激发到高能级激光态E₃上，形成了E₃对E₂的粒子数反转，但由于高能级激发态E₃很不稳定，寿命很短，粒子很快以无辐射跃迁到E₂，E₂能级寿命较长，跃迁机率较小，此时E₂就积聚了大量的粒子，当外加能量足够时，E₂上的粒子数就大为增加，E₂对E₁来说就出现了粒子数反转，E₂上的粒子增加到一定程度时，就会跃迁到E₁，同时产生出激光。

仅仅靠光一次通过激光晶体的光放大，其放大能量不足以弥补损耗，还必须有一个谐振腔。由全反射镜、聚光腔体、输出镜组成的谐振腔能够使沿光路方向传播的光子来回多次反射，且不断激发处于粒子数反转状态的工作物质，因而不断地引起受激辐射，使沿光路运动的光子不断地得到放大和“振荡”，形成一种雪崩式的放大过程。当光强增加到足以抵偿腔内各种损耗和部分透射时，就可在谐振腔内形成持续振荡，最终从输出镜中输出一束极强的激光。

目前，固体激光器装置有如下缺点：

1、激光晶体需要封棒带来漏胶、漏水的缺点：由于现有的固体激光器装置大都采用长方体聚光腔体结构。如果采用不封棒结构安装，则需要将激光晶体长度增长许多，而增长的激光晶体部分不但不参与激光的产生，反而抑制了激光的输出，因此必须采用封棒结构，封棒时要将棒套用胶粘接到激光晶体的两端约3mm处，这样很容易将胶流到激光晶体端面；由于激光晶体需浸在10℃左右的冷却水中才能正常工作，封胶的部位亦很容易发生漏水到激光晶体端面。无论是漏胶还是漏水，都会损坏激光晶体端面上的镀膜层，进而有激光输出时会打坏激光晶体。

2、聚光腔采用玻璃管镀银或铜体镀金(或银)带来的镜面反射缺点：由于现有的聚光管一般都采用玻璃管镀银或铜体镀金(或银)，腔体产生的反射为镜面反射，泵浦不均匀，激光模式差，聚光效率低，特别是玻璃管镀银使用一段时间后容易脱落，而铜体镀金(或银)使用一段时间后容易发“雾”，使用寿命较短。

3.激光晶体及聚光腔体外表面有凝结水汽的缺点：固体激光晶体大多必须在10℃左右才能正常工作，由于腔内通过的冷却水与工作环境存在着温差，空气中的水分将会在激光晶体两端面及腔体表面形成水汽，特别是空气湿度很大的环境中，激光晶体两端面及腔体表面会结成大量的水珠向下淌，这样会造成激光输出很小甚至没有激光输出，还会损坏激光晶体两端面上的镀膜层甚至打坏激光晶体。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是克服上述现有固体激光器装置的弊端，提供一种能够产生大功率高脉冲能量的固体激光器装置。

主要解决现有固体激光装置的聚光腔及激光晶体的使用寿命低的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供的能够产生大功率高脉冲能量的固体激光器装置，包括聚光腔体及与聚光腔体中激光晶体在一条光路上的全反射镜、输出镜和窗口镜。聚光腔体由后端头、腔主体、前端头连接组成，外形呈“凸”字形状，激光晶体不用封棒后安装，腔主体内装有紧包裹陶瓷管，激光晶体和泵浦灯上下平行置于陶瓷管中，装置的下面置有进水口、出水口，由泵浦灯两端引出两根高压导线，装置后侧面和前侧面分别装有进气阀和出气阀。整个装置进行全密封并充有保护性气体。

因此，本实用新型具有以下优点：

1、激光晶体不需要封棒，避免了漏胶、漏水导致的损害激光晶体两端镀膜层甚至损坏激光晶体的发生，大大延长了激光晶体的使用寿命。

2、采用紧包裹陶瓷管漫反射，实现了聚光效率高，泵浦均匀，激光模式好，使用寿命长。

3、整个装置采用全密封后，充入干燥氮气(N₂)作为保护气体，抑制了激光晶体及腔体外表面水汽的发生，改善了激光晶体的使用环境，延长了使用寿命。

4、由于该固体激光器装置具有以上优点，大大提高了激光器的转化效率，能够实现大功率高脉冲能量的激光产生。

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型聚光腔体截面图。

图中：1-全反射镜，2-后端头，3-腔主体，4-前端头，5-输出镜，6-窗口镜，7-后端高压导线，8-泵浦灯，9-激光晶体，10-进水口，11-陶瓷管，12-出水口，13-前端高压导线，14-出气阀门，15-进气阀门，16-聚光腔体。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型大功率高脉冲能量的固体激光器装置的结构示意图。全反射镜1、聚光腔体16中的激光晶体9、输出镜5及窗口镜6均在同一光路上。由全反射镜1、聚光腔体16及输出镜5组成谐振腔，全反射镜1上镀有全反介质膜层，反射率高达99％以上，输出镜5在谐振腔的一面镀有部分反射膜层，反射率为80％左右，另一面镀增透膜层，窗口镜6的两面均镀有增透膜层。聚光腔体16由后端头2、腔主体3及前端头4连接而成，陶瓷管11置于腔主体3中，陶瓷管11为紧包裹结构，激光晶体9和泵浦灯8上下平行置于陶瓷管11中(如图2)。聚光腔体的下面留有进水口10和出水口12，从泵浦灯的两端引出两根前端和后端高压导线13和7亦置于装置的下端，本装置的后侧面和前侧面装有进气阀门15和出气阀门14。

进水口10与出水口12、前端和后端高压导线13和7、进气阀15与出气阀14以及窗口镜6均采用O形密封圈密封，装置的其它连接均用硅胶密封。

通过进气阀15和出气阀14向装置内充入保护气体，如干燥氮气(N₂)，也可以为其他惰性气体，充气的方法为：用气管将干燥氮气(N₂)引至进气阀15，关闭出气阀14，开启进气阀15，向装置内注满大于1个大气压的干燥氮气(N₂)后，关闭进气阀15，开启出气阀14，将装置内混合气体放出后立即关闭出气阀14，再开启进气阀15注入干燥氮气，如此循环3次以上，可以将装置内的空气直换掉，使装置内充满干燥的氮气(N₂)。

工作时，接通冷却循环水，从进水口10向聚光腔体流入冷却水，流经激光晶体9和泵浦灯8后由出水口12流出，带走腔内的热量，保持激光晶体处在所需的温度下。通过两根前端和后端高压导线13和7将泵浦灯8点亮，泵浦灯8产生的光经聚光腔体16中陶瓷管11漫反射后，均匀地聚在激光晶体9上，形成粒子数反转，产生受激辐射光，在全反射镜1与输出镜5之间往返振荡加强，当增益足够时，在输出镜5处形成激光束，经窗口镜6输出装置外。

Claims (6)

1.一种大功率高脉冲能量的固体激光器装置，包括聚光腔体以及与聚光腔体中激光晶体在一条光路上的全反射镜、输出镜和窗口镜，其特征在于：聚光腔体外形呈“凸”字形，由后端头、腔主体、前端头连接组成，腔主体内装有陶瓷管，激光晶体和泵浦灯上下平行置于陶瓷管中，装置的下面置有进水口、出水口，由泵浦灯两端引出两根高压导线，装置后侧面和前侧面分别装有进气阀和出气阀。

2.根据权利要求1所述的固体激光器装置，其特征在于：全反射镜、聚光腔体及输出镜组成谐振腔，全反射镜上镀有全反介质膜层，输出镜在谐振腔的一面镀有反射膜层，另一面镀增透膜层，窗口镜的两面均镀有增透膜层。

3.根据权利要求1所述的固体激光器装置，其特征在于：激光晶体两端无封棒。

4.根据权利要求1所述的固体激光器装置，其特征在于：陶瓷管为紧包裹结构。

5.根据权利要求1所述的固体激光器装置，其特征在于：装置内充有保护性气体。

6.根据权利要求1所述的固体激光器装置，其特征在于：所述的装置为一个密封腔体。

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