CN201466460U - 一种薄片式全固态激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种薄片式全固态激光器，其特征在于包括热沉、薄片增益介质、泵浦源和谐振腔镜；薄片增益介质是矩形薄片，薄片增益介质厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面镀有对泵浦光和振荡光的高反膜并且固定在热沉上，第二端面镀有对泵浦光和振荡光的高透膜，泵浦源产生的泵浦光入射到薄片增益介质的第二端面；谐振腔镜相对于薄片增益介质的位置能够调整，以便产生激光；所述高反膜和谐振腔镜构成谐振腔。本实用新型在不增加激光器体积和保证光束质量的前提下，可以通过增加薄片增益介质的长度来实现功率的提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种薄片式全固态激光器，特别是一种采用矩形薄片作为工作物质并且端面泵浦的薄片式全固态激光器。
背景技术
薄片式全固态激光器是获得高功率高效率高光束质量激光光束输出的一种全固态激光器件，在高功率固体激光器领域内占有重要的地位。这种激光器一般采用直径几毫米，厚度为100～500微米的激光晶体作为工作物质，并将其通过金属铟焊接或是光胶等方式固定在热沉上，以达到良好的冷却效果。目前单个薄片的薄片式全固态激光器的连续输出功率已经突破5KW。现有的薄片式全固态激光器结构如图1所示，泵浦光斜入射到薄片增益介质，所选用薄片增益介质为圆形，为了获得高功率的激光输出，一种有效途径是增加薄片增益介质的直径，也就是增大薄片增益介质的体积。但是为了保证输出激光的光束质量，在增加薄片增益介质直径的同时还必须增加激光器谐振腔的腔长，从而增加了整个激光器的体积。因此，采用圆形薄片的薄片式全固态激光器在功率升级方面有一定的局限性。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的是为了提供一种在功率升级时不增加激光器体积的薄片式全固态激光器。本实用新型的另一个目的是在功率升级的同时还要保证激光光束的质量。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种薄片式全固态激光器，其特征在于包括起冷却作用的热沉、薄片增益介质、泵浦源和谐振腔镜；薄片增益介质是矩形薄片，薄片增益介质厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面镀有对泵浦光和振荡光的高反膜并且固定在热沉上，泵浦源产生的泵浦光入射到薄片增益介质的第二端面；谐振腔镜相对于薄片增益介质的位置能够调整，以便产生激光；所述高反膜和谐振腔镜构成谐振腔。
薄片增益介质的厚度为0.1～5mm，宽度为1～50mm，长度为5～500mm。
谐振腔可以采用稳定谐振腔，也可以采用在薄片增益介质长度方向上的稳定-非稳定混合谐振腔。
第二端面可以镀对泵浦光和振荡光的高透膜，增加泵浦光的透射效率。泵浦源产生的泵浦光垂直入射到薄片增益介质的第二端面，也可以泵浦斜入射到薄片增益介质的第二端面。端面斜入射式薄片式全固态激光器还可以包括反射镜，反射镜将经高反膜反射后又透射出矩形薄片增益介质的泵浦光反射回去，作用于矩形薄片增益介质。
薄片增益介质可以由单一掺杂激光晶体制成，也可以由复合激光晶体制成。薄片增益介质的第一端面通过金属铟焊接或者光胶固定在热沉上。
本实用新型的还可以包括控制热沉温度的水循环系统。
有益效果：采用矩形薄片增益介质，可以通过在矩形薄片增益介质的长度方向上扩展增益介质的尺寸达到增加增益体积的目的，克服了采用圆形薄片增益介质的全固态激光器功率升级时的缺点.另外，为了保证激光光束质量，可在矩形薄片增益介质的长度方向上采用稳定-非稳定混合谐振腔，这样的结构，可以在不增加激光器体积和保证光束质量的前提下，通过增加薄片增益介质的长度来实现功率的提高，更有效地实现激光器的功率升级.本实用新型的还采用了控制热沉温度的水循环系统，更有效地实现薄片增益介质的冷却.对于采用泵浦光端面斜入射方式的薄片式全固态激光器，增加反射镜，将经高反膜反射后又透射出矩形薄片增益介质的泵浦光反射回去，作用于矩形薄片增益介质，这样的结构提高了泵浦光的利用效率.
附图说明
图1是圆形薄片式全固态激光器机构示意图，(a)为正视图，(b)为侧视图，其中：1-热沉、2-焊接剂、3-圆形薄片增益介质、4-泵浦光、5-输出光束、6-谐振腔镜；
图2是本实用新型实施例1中全固态激光器结构示意图，(a)为正视图，(b)是俯视图，其中：11-热沉、12-单一掺杂的矩形薄片增益介质、13-泵浦源、14-左谐振腔镜、15-右谐振腔镜、16-输出光束、17-泵浦光；
图3是本实用新型实施例2中全固态激光器结构示意图，(a)为正视图，(b)是俯视图，其中：21-热沉、22-复合矩形薄片增益介质、23-泵浦源、24-左谐振腔镜、25-右谐振腔镜、26-输出光束、27-泵浦光；
图4是本实用新型实施例3中全固态激光器结构示意图，(a)为正视图，(b)是俯视图，其中：31-热沉、32-单一掺杂的矩形薄片增益介质、33-泵浦源、34-左谐振腔镜、35-右谐振腔镜、36-输出光束、37-泵浦光；
图5是本实用新型实施例4中全固态激光器结构示意图，其中：41-热沉、42-单一掺杂的矩形薄片增益介质、43-泵浦光、44-谐振腔镜、46-输出光束；
图6是本实用新型实施例5中全固态激光器结构示意图，其中：51-热沉、52-矩形薄片增益介质、53-泵浦光、54-谐振腔镜、55-反射镜、56-输出光束；
图7是本实用新型实施例6中全固态激光器结构示意图，其中：61-热沉、62-复合矩形薄片增益介质、63-泵浦光、64-谐振腔镜、66-输出光束；
图8是本实用新型实施例7中全固态激光器结构示意图，(a)为正视图，(b)为俯视图，其中：71-热沉、72-单一掺杂的矩形薄片增益介质、73-泵浦源、74-左谐振腔镜、75-右谐振腔镜、76-输出光束、77-泵浦光。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面举具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例1：薄片式全固态激光器采用单一掺杂矩形薄片增益介质、端面垂直入射方式和稳定谐振腔。如图2所示，实施例1中薄片式全固态激光器包括起冷却作用的热沉11、单一掺杂的矩形薄片增益介质12、泵浦源13、谐振腔镜，谐振腔镜包括左谐振腔镜14和右谐振腔镜15。薄片增益介质12采用单一掺杂的Nd:YVO4晶体，掺杂浓度1％，尺寸为0.3mm×3mm×16mm.薄片增益介质12厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面镀有对泵浦光和振荡光的高反膜并且通过金属铟焊接或者光胶等方式固定在热沉11上，第二端面镀有对泵浦光和振荡光的高透膜，泵浦源13产生的泵浦光17垂直入射到薄片增益介质12的第二端面.在薄片增益介质12长度方向上，左谐振腔镜14、右谐振腔镜15和薄片增益介质12第一端面上镀的高反膜构成稳定谐振腔.左谐振腔镜14和右谐振腔镜15相对于薄片增益介质12的位置能够调整，以便产生激光，产生的激光透射过右谐振腔镜15输出.
实施例2：薄片式全固态激光器采用复合矩形薄片增益介质、端面垂直入射方式和稳定谐振腔。如图3所示，实施例2中薄片式全固态激光器包括起冷却作用的热沉21、复合矩形薄片增益介质22、泵浦源23、左谐振腔镜24和右谐振腔镜25，为了降低热效应对输出光束的影响，获得更高功率的输出激光，将实施例1中的单一掺杂矩形薄片增益介质12替换为复合矩形薄片增益介质22，复合矩形增益介质22由Nd:YVO4/YVO4晶体制成，其中，Nd:YVO4的掺杂浓度为1％、尺寸为0.3mm×3mm×16mm，YVO4的尺寸为2.2mm×3mm×16mm。薄片增益介质22厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面镀有对泵浦光和振荡光的高反膜并且通过金属铟焊接或者光胶等方式固定在热沉21上，第二端面镀有对泵浦光和振荡光的高透膜，泵浦源23产生的泵浦光27垂直入射到薄片增益介质22的第二端面。在薄片增益介质22长度方向上，左谐振腔镜24、右谐振腔镜25和薄片增益介质22第一端面上镀的高反膜构成稳定谐振腔；左谐振腔镜24和右谐振腔镜25相对于薄片增益介质22的位置能够调整，以便产生激光，产生的激光透射过右谐振腔镜25输出。
实施例3：为了提高输出激光的光束质量，可在矩形薄片增益介质的长度方向上采用稳定-非稳定混合谐振腔的谐振腔结构。如图4所示，在实施例3的薄片式全固态激光器中，在薄片增益介质32长度方向上，由左谐振腔镜34、右谐振腔镜35和薄片增益介质32第一端面上镀的高反膜构成稳定-非稳定混合谐振腔，左谐振腔镜34和右谐振腔镜35相对于薄片增益介质32的位置能够调整，以便产生激光，产生的激光从右谐振腔镜35的侧面输出。其它部件与实施例1相同。
实施例4：薄片式全固态激光器采用单一掺杂矩形薄片增益介质、端面斜入射方式和稳定谐振腔。如图5所示，实施例4中薄片式全固态激光器包括起冷却作用的热沉41、单一掺杂的矩形薄片增益介质42、泵浦源(图中没有画出)和谐振腔镜44。薄片增益介质42厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面镀有对泵浦光和振荡光的高反膜并且通过金属铟焊接或者光胶等方式固定在热沉41上，第二端面镀有对泵浦光和振荡光的高透膜，泵浦光44斜入射到矩形薄片增益介质42的第二端面，部分泵浦光经高反膜反射后从矩形薄片增益介质42第二端面透射出来。谐振腔镜44和薄片增益介质42第一端面上镀的高反膜构成稳定谐振腔。谐振腔镜44相对于薄片增益介质42的位置能够调整，以便产生激光，产生的激光透射过谐振腔镜44输出。其它部件与实施例1相同。
实施例5是对实施例4的改进，如图6所示。为了提高泵浦光的利用效率，增加了反射镜55。反射镜55能将经高反膜反射后从矩形薄片增益介质52透射出的泵浦光53反射回去，作用于矩形薄片增益介质52，从而提高了了泵浦光的利用效率。反射镜55的位置根据反射的需要确定。其它部件与实施例4相同。
实施例6：薄片式全固态激光器采用复合矩形薄片增益介质、端面斜入射方式和稳定谐振腔。如图7所示，实施例6将实施例4中的单一掺杂矩形薄片增益介质42替换为复合矩形薄片增益介质52。
实施例7：薄片式全固态激光器采用单一掺杂矩形薄片增益介质、端面斜入射方式和稳定-非稳定混合谐振腔.如图8所示，实施例7采用了与实施例1相同的稳定-非稳定混合谐振腔.
此外，本实用新型还可以包括控制热沉温度的水循环系统，更有效地实现薄片增益介质的冷却。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种薄片式全固态激光器，其特征在于包括起冷却作用的热沉、薄片增益介质、泵浦源和谐振腔镜；薄片增益介质是矩形薄片，薄片增益介质厚度方向上有第一端面和第二端面，第一端面镀有对泵浦光和振荡光的高反膜并且固定在热沉上，第二端面镀有对泵浦光和振荡光的高透膜，泵浦源产生的泵浦光入射到薄片增益介质的第二端面；谐振腔镜相对于薄片增益介质的位置能够调整，以便产生激光；所述高反膜和谐振腔镜构成谐振腔。
2.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：薄片增益介质的厚度为0.1～5mm，宽度为1～50mm，长度为5～500mm。
3.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：所述谐振腔是稳定谐振腔，或者是在薄片增益介质长度方向上的稳定-非稳定混合谐振腔。
4.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：泵浦源产生的泵浦光垂直入射到薄片增益介质的第二端面。
5.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：泵浦源产生的泵浦光斜入射到薄片增益介质的第二端面。
6.如权利要求5所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：还包括反射镜，反射镜将经高反膜反射后从矩形薄片增益介质透射出的泵浦光反射回去，作用于矩形薄片增益介质。
7.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：薄片增益介质由单一掺杂激光晶体或者复合激光晶体制成。
8.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：薄片增益介质的第一端面通过金属铟焊接或者光胶固定在热沉上。
9.如权利要求1所述的薄片式全固态激光器，其特征在于：还包括控制热沉温度的水循环系统。
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