CN201985429U

CN201985429U - 单振荡加三级放大的全固态激光器

Info

Publication number: CN201985429U
Application number: CN2011201138631U
Authority: CN
Inventors: 刘永刚; 王宝华; 侯玮; 林学春; 李晋闽; 李瑞贤
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2021-04-18

Abstract

本实用新型公开了一种单振荡加三级放大的全固态激光器，包括反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块，其中反射镜与输出耦合镜构成激光振荡腔，反射镜位于该激光振荡腔的左端，输出耦合镜位于该激光振荡腔的右端；一个激光模块位于该激光振荡腔内作为激光振荡模块，该激光振荡模块距离反射镜与输出耦合镜的距离相等；另外三个激光模块依次位于输出耦合镜之外，分别作为一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块。本实用新型提供的单振荡加三级放大的全固态激光器，能够保持较高的总体效率，较好的光束质量，对激光模块的一致性要求降低，同时装调简单、稳定可靠。

Description

单振荡加三级放大的全固态激光器

技术领域

本实用新型涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种单级振荡加三级放大的全固态激光器，能够在不牺牲功率的前提下保持优异的光束质量，具有稳定、安全、装调方便的特点。

背景技术

高平均功率高光束质量激光在军民领域都有极其广泛、重要的应用，因而成为当前激光技术领域的研究热点之一。目前，公知的高功率棒状激光器有两种技术方案：

第一，利用体积大的激活介质，见图1，图1为采用大体积激光晶体的高功率激光器的示意图，但是存在两个问题：1)大的激光晶体生长非常困难，价格高昂，另外大的激光晶体散热也是非常的困难，大多是用于热容方式工作；2)用大直径激光晶体的激光器一般光束质量会很差，光束质量的M²因子随激光晶体直径的增加而呈几何级数的增加。

第二，在振荡腔内多晶体棒串接，见图2，图2为采用腔内多棒串接的高功率激光器的示意图，激光输出功率与棒数成比例增加，并保持单棒光束质量几乎不变。但是同样存在两个问题：1)对激光模块本身的一致性要求很高，必须保证各个激光棒的热透镜焦距非常一致，稍有差异就会导致振荡腔提前进入非稳区，最终的功率也不会很高，甚至把激光模块晶体边缘烧坏；2)装调非常的困难，必须保证所有晶体严格的同轴，稍有差异就困难导致无任何激光输出，虽然在实验室中可以在腔内串接多个激光棒，但是为了保证可靠的运行，实际中一般两个也就是能够接受的最多的腔内棒子数量。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了能够利用价格合适的中小尺寸的激光晶体，同时能够获得较好的光束质量，在不牺牲功率和为了装调的方便和整体的稳定，本实用新型提供了一种单振荡加三级放大的全固态激光器。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种单振荡加三级放大的全固态激光器，该全固态激光器包括反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块，其中反射镜与输出耦合镜构成激光振荡腔，反射镜位于该激光振荡腔的左端，输出耦合镜位于该激光振荡腔的右端；一个激光模块位于该激光振荡腔内作为激光振荡模块，该激光振荡模块距离反射镜与输出耦合镜的距离相等；另外三个激光模块依次位于输出耦合镜之外，分别作为一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块。

上述方案中，所述反射镜是一个全反射镜，所述输出耦合镜是一个部分透过镜，二者皆为平面镜。

上述方案中，所述反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块光学同轴。

上述方案中，所述一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块均用于放大，三者连线的中点处于激光的束腰位置。

上述方案中，所述激光振荡腔内的激光振荡模块，其数量不限于只有一个，但最多不超过两个。

上述方案中，所述激光模块采用的激光晶体为圆棒状结构。

上述方案中，所述激光振荡腔具有两臂长，且该两臂长的长度相等。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的单振荡加三级放大的全固态激光器，能够保持较高的总体效率，较好的光束质量，对激光模块的一致性要求降低，同时装调简单、稳定可靠，能够利用价格合适的中小尺寸的激光晶体，同时能够获得较好的光束质量。

附图说明

图1为采用大体积激光晶体的高功率激光器的示意图。

图2为采用腔内多棒串接的高功率激光器的示意图。

图3为本实用新型提供的单振荡加多级放大的高功率激光器的示意图。

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，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图3所示，图3为本实用新型提供的单振荡加多级放大的高功率激光器的示意图，该全固态激光器包括反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块，其中反射镜与输出耦合镜构成激光振荡腔，反射镜位于该激光振荡腔的左端，输出耦合镜位于该激光振荡腔的右端；一个激光模块位于该激光振荡腔内作为激光振荡模块，该激光振荡模块距离反射镜与输出耦合镜的距离相等；另外三个激光模块依次位于输出耦合镜之外，分别作为一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块。

其中，反射镜是一个全反射镜，输出耦合镜是一个部分透过镜，二者皆为平面镜。反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块光学同轴。一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块均用于放大，三者连线的中点处于激光的束腰位置。

请参照图3，在振荡腔左端是一个对输出激光高反的反射镜1，并且激光振荡腔内只有一个激光模块，但并不限于只有一个，但最多不超过两个。并且激光振荡腔内激光模块到两个腔镜的距离相同，如果为了获得更好的光束质量，可以把激光振荡腔的腔长拉长，这时如果激光振荡腔的径向和切向的稳区分离的较大的情况下可以在腔内加入法拉第旋转仪来补偿，但最好的方法还是在腔内放置两个激光模块，并在两个激光模块之间插入90°石英旋光片，这样成本更低。然后再依次放置后面的各级放大激光模块，为了总体上的简单和稳定，所有的激光模块规格应该一样。具体放置各级放大激光模块的时候，要保证相邻两个激光模块连线的中点刚好处于激光的束腰。

再参照图3，该激光器包括反射镜1、激光振荡模块2、输出耦合镜3、一级放大激光模块4、二级放大激光模块5和三级放大激光模块6。其中，激光振荡模块2、一级放大激光模块4、二级放大激光模块5和三级放大激光模块6均为500W、LD侧面泵浦激光模块，采用的激光晶体Nd:YAG，掺杂浓度0.6％，晶体尺寸为Φ6mm×175mm，LD输出波长808nm。反射镜1是一个对808nm光高透对1064nm光高反的镜子，输出耦合镜3的透过率T＝30％。

首先测试四个激光模块，选出一个能加到比较高的电流，即在保持功率不降的情况下电流能加的最高。然后把此激光模块用于振荡级，振荡腔的长短(即反射镜1与输出耦合镜3之间的距离)可以选取不同的数据，具体要根据所要求的光束质量来设计，此实施例中，为了系统总体的简易，没有把振荡腔拉的太长，太长会导致振荡腔额径向和切向的稳区重合范围太小，如果进行热致双折射补偿则会增加整个系统的复杂性。本实施例中反射镜1或输出耦合镜3距离激光振荡模块2的激光晶体端面的距离为250mm，在具体的装调过程中要尽量保持两端反射镜1或输出耦合镜3距离激光振荡模块2的晶体端面的距离相等，不然会使激光器出现非稳区，对实际的应用不利。然后调节振荡腔的腔镜(即反射镜1或输出耦合镜3)，使振荡腔的功率最高，然后可以加第二个激光模块，即一级放大激光模块4，方法是先将激光振荡模块2的电流刚开到阈值以上，然后把一级放大激光模块4加上，一级放大激光模块4距离振荡腔输出耦合镜应等于250mm，然后用激光探片作为检测手段，使振荡腔输出激光通过一级放大激光模块4的激光晶体的中心，然后就可以加上二级放大激光模块5了，在加二级放大激光模块5前要用光斑分析仪或者刀口等手段测出通过一级放大激光模块4后的激光的束腰位置，本实施例中束腰位置距离一级放大激光模块4晶体端面210mm，然后以此束腰位置为参考放置二级放大激光模块5，原则上使二级放大激光模块5和一级放大激光模块4关于过激光束腰位置且垂直激光束方向的面对称，本实施例中二级放大激光模块5与一级放大激光模块4之间的距离为420mm，如果二级放大激光模块5放的过远，则到达二级放大激光模块5晶体端面的激光的光斑大小可能会大于晶体的直径，导致激光模块被烧坏，反之，如果太近，会可能导致两个结果：1)、激光晶体因为入射的光斑过小，功率密度过高导致被损伤；2)、只有部分放大激光模块的激光晶体被利用，导致最终的输出激光功率偏低。

然后，按照同样的方法测出二级放大激光模块5后激光的束腰位置距离二级放大激光模块5为210mm，然后再以束腰位置为参考，对称放置三级放大激光模块6。本实施例中振荡腔最高功率为470W，加上一级放大激光模块4后的激光功率为920w，加上二级放大激光模块5后的激光功率为1443W，加上三级放大激光模块6后功率为1901W，从结果可以看出，总功率基本上随激光模块数目线性增加，总体电光效率达到17％。光束质量参数积BPP＜16mmmrad，能顺利的藕合入芯径为200um的光纤里面。

在第二个实施例中，各元件的位置及结构与第一个实施例基本相同，只是将晶体尺寸换位Φ4mm×125mm，输出耦合镜透过率为20％，激光振荡模块2距离两腔镜为200mm，一级放大激光模块4距离输出耦合镜3为200mm，二级放大激光模块5距离一级放大激光模块4为400mm，三级放大激光模块6距离二级放大激光模块5为400mm，各个激光模块后的功率依次为310W、610W、920W和1200W，总体电光效率约15％，光束质量参数积BPP＜8mmmrad，能顺利的藕合入芯径为100um的光纤里面。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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

1.一种单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，该全固态激光器包括反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块，其中反射镜与输出耦合镜构成激光振荡腔，反射镜位于该激光振荡腔的左端，输出耦合镜位于该激光振荡腔的右端；一个激光模块位于该激光振荡腔内作为激光振荡模块，该激光振荡模块距离反射镜与输出耦合镜的距离相等；另外三个激光模块依次位于输出耦合镜之外，分别作为一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块。

2.根据权利要求1所述的单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，所述反射镜是一个全反射镜，所述输出耦合镜是一个部分透过镜，二者皆为平面镜。

3.根据权利要求1所述的单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，所述反射镜、输出耦合镜以及四个相同规格的激光模块光学同轴。

4.根据权利要求1所述的单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，所述一级放大激光模块、二级放大激光模块和三级放大激光模块均用于放大，三者连线的中点处于激光的束腰位置。

5.根据权利要求1所述的单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，所述激光振荡腔内的激光振荡模块，其数量不限于只有一个，但最多不超过两个。

6.根据权利要求1所述的单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，所述激光模块采用的激光晶体为圆棒状结构。

7.根据权利要求1所述的单振荡加三级放大的全固态激光器，其特征在于，所述激光振荡腔具有两臂长，且该两臂长的长度相等。