CN203233047U - 一种聚焦种子注入的具有圆环台形反射棱镜的固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种聚焦种子注入的具有圆环台形反射棱镜的固体激光器，包括：光路上依次排列设置的输出镜(1)，圆环台形反射棱镜(2)，圆环形固体激光增益介质(3)，全反射端圆环形透镜(4)，全反射镜(5)；在输出镜(1)和全反射镜(5)之间形成谐振腔。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种固体激光器，属于激光器领域。
背景技术
现有的固体激光器一般都是简单采用平板型或圆柱形的增益介质，对于这样的激光器来说，如果需要增大激光器的发射功率，则需要增加泵浦能量并且还需要增加平板型或圆柱形增益介质的截面积(半径)。如果只是简单的增加泵浦能量则可能会超过增益介质的承受能力，从而对增益介质产生永久性的破坏，所以在增加泵浦能量的同时需要增加增益介质的截面积。但是增益介质的截面积增加之后又会出现新的问题，这些新的问题包括：1)截面积的增加(也即半径的增加)会使得激光器出射光束的半径增加，出射光束的半径增加之后在一定程度上就降低了激光的强度(也即单位面积内的能量分布)，这对于提高的激光束的强度是不利的；2)截面积变大之后散热问题更加突出，因为散热装置只能分布于增益介质的四周，截面积越大，导致散热装置对于增益介质内部的散热能力越差；3)半径增加之后，使得增益介质的体积变大，体积变大之后散热的不均匀性将变得更加明显，从而导致增益介质的径向折射率梯度变大，这使得激光束的横向分布性变得更差；4)随着截面积的增加，泵浦的光均匀性分布也会变差。本实用新型就是针对现有技术中的该问题提出来的，提供了一种高强度的固体激光器。
实用新型内容
本实用新型正是针对上述问题而提出的，采用本实用新型的激光器，能够在增益介质截面积增加的情况下也能达到较好的散热并获得光均匀性。
根据本实用新型，提供了一种固体激光器，包括：光路上依次排列设置的输出镜1，圆环台形反射棱镜2，圆环形固体激光增益介质3，全反射端圆环形透镜4，全反射镜5；在输出镜1和全反射镜5之间形成谐振腔；
输出镜1为半透半反镜，用于将谐振腔内的振荡激光输出；圆环台形反射棱镜2为中心具有穿孔的圆环台形，该圆环台形反射棱镜为中心具有通孔的圆台，该圆台包括相互平行的上表面和下表面，并且上表面的面积大于下表面，该圆台的外侧面与上表面成45度夹角，该圆台的中心孔的最小直径处的直径等于圆环 形固体激光增益介质的内部圆柱体的直径，并且该中心孔包括两部分，一部分为平行于该圆台外侧面的上内侧面，另外一部分则为垂直于圆台下表面的下内侧表面，从而形成一个漏斗状的中心孔，由圆环形固体激光增益介质内的圆柱体所产生的振荡光恰好通过漏斗状中心孔的垂直部分，而由圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱所产生的振荡光则先后经过圆环台形反射棱镜的外侧面和中心孔的与所述外侧面平行的上内侧面的反射之后以与圆柱体内出射的光相平行的方式入射到输出镜1上，并且由圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱所产生的环形激光的内侧边缘正好入射到与圆台的外侧面平行的上内侧面的内边缘，从而使得圆环柱所产生的激光与圆柱体所产生的激光在射出该圆台的时候以相接的方式形成一个整体激光束，圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱和内部圆柱体之间留有的圆环形的空隙内设置有泵浦光源，全反射端圆环形透镜4中心处的通孔的直径要大于圆环形固体激光增益介质3的圆柱体的直径，并且还要小于圆环形固体激光增益介质3的圆环柱的内半径，并且该透镜的焦距要尽可能短，以便于使得该激光器的具有紧凑的结构，全反射镜5位于全反射端圆环形透镜的焦点处。
所述泵浦光源采用沿该圆环形空隙的圆周排列设置的灯管，或者采用由发光二极管组成的双面发光的圆筒形的发光阵列。
所述圆环形固体激光增益介质的圆环柱的厚度大于圆环形固体激光增益介质的圆柱体的半径。
所述圆环形固体激光增益介质的圆环柱的厚度1.5倍于圆环形固体激光增益介质的圆柱体的半径。
本实用新型的有益效果：采用本实用新型的激光器，能够在增益介质截面积增加的情况下也能达到较好的散热并获得光均匀性。
附图说明
图1为本实用新型固体激光器的剖面结构示意图；
图2为本实用新型固体激光器的谐振腔内部的光路示意图；
具体实施方式
以下在结合附图的基础上对于本实用新型的内容进行更加详细的描述。
图1示出了本实用新型的固体激光器剖面结构示意图，为了画图与阅读的方 便该激光器中的某些部件没有画出，对于没有画出的部分下面会有详细的描述。在图1中，1表示输出镜，其为半透半反镜，2为圆环台形反射棱镜，3为圆环形固体激光增益介质，该圆环形的激光增益介质包括外围的圆环柱以及位于圆环柱内圆柱体，外围的圆环柱和内部的圆柱体之间留有空隙，4表示全反射端圆环形透镜，5表示全反射镜。
输出镜1，圆环台形反射棱镜2，圆环形固体激光增益介质3，全反射端圆环形透镜4，全反射镜5在光路上依次排列，在输出镜1和全反射镜5之间形成谐振腔。
输出镜1为半透半反镜，用于将谐振腔内的振荡激光输出，其为普通的激光输出镜。圆环台形反射棱镜为中心具有穿孔的圆环形，图1和图2中示出的是截面图，其实际的形状应该为以图1中示出的上下两个棱镜截面之间的中心旋转一周所形成的整个图形，该圆环台形反射棱镜为中心具有通孔的圆台形，该圆台形包括相互平行的上表面和下表面，并且上表面的面积大于下表面，该圆台的外侧面与上表面成45度夹角，该具有中心通孔的圆台的中心孔的直径等于圆环形固体激光增益介质的内部圆柱体的直径，并且该中心孔的表面包括两部分，一部分为平行于该圆台的外侧面的上内侧面，另外一部分则为垂直于圆台下表面的下内侧面，从而形成一个漏斗状的中心孔，由圆环形固体激光增益介质内的圆柱体所产生的振荡激光恰好通过漏斗形中心孔的垂直部分，而由圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱所产生的振荡光则先后经过圆环台形反射棱镜的外侧面和中心通孔的与所述外侧面平行的内侧面反射之后以与圆柱体内出射的光相平行的方式入射到输出镜1上，并且由圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱所产生的环形激光的内侧边缘正好入射到与圆台的外侧面平行的内侧面的内边缘，从而使得圆环柱所产生的激光与圆柱体所产生的激光以相接的方式形成一个整体激光束，圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱和内部圆柱体之间留有的圆环形的空隙内设置有泵浦光源，泵浦光源可采用沿该圆环形空隙的圆周排列设置的灯管，也可以是由发光二极管组成的双面发光的圆筒形的发光阵列。全反射端圆环形透镜4中心处的通孔的直径要大于圆环形固体激光增益介质3的圆柱体的直径，并且还要小于圆环形固体激光增益介质3的圆环柱的内半径，并且该透镜的焦距要尽可能短，以便于使得该激光器具有紧凑的结构，全反射镜5位于全反射端圆环形 透镜的焦点处。
下面来着重说明上述设置所带来的优点：
1)全反射镜位于全反射端圆环形透镜的焦点处，这样就可以使得增益介质的相分离的内部圆柱体内的和外部圆环柱内的激光混合在一起的形成一个统一的谐振腔，即使激光束是分别在相分离的内部圆柱体内和外部圆环柱内获得增益，但是由于是在同一谐振腔内震荡，所以他们具有完全相同的特性，并且由于使用了特定形状的圆环台形反射棱镜，在输出的时候完全在空间上紧密的合成为一束激光束，从而使得输出的激光束强度得到大大增强；
2)全反射端的圆环形透镜的焦距设置的小便于整个激光的集成，使得激光器体积小；
3)将泵浦装置设置在圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱和内部圆柱体之间留有的圆环形的空隙内，并且设置为双面发光，这使得对激光增益介质的泵浦更加均匀，同时由于激光增益介质是空间上分离的两部分，从而使得每一部分厚度都得到了降低，这就使得散热效果更加，其中的散热装置可在增益介质外部以及外围圆环柱和内部圆柱体之间留有的圆环形的空隙内同时设置，而散热装置采用现有的可用装置即可，此处不再赘述；
为了实现较好的散热以及较高的激光输出能量，最好使得圆环形固体激光增益介质的圆环柱的厚度(也即内外半径差)大于圆环形固体激光增益介质的圆柱体的半径，优选设置为圆环形固体激光增益介质的圆环柱的厚度为圆环形固体激光增益介质的圆柱体的半径的1.5倍。并且圆环形固体激光增益介质内的圆柱体的直径最好不要大于5cm，因为当直径大于5cm时，由于外部圆环柱以及泵浦源的作用，对于内部的圆柱体增益介质可能会产生较大的影响。
Claims (4)
1.一种固体激光器，包括：光路上依次排列设置的输出镜(1)，圆环台形反射棱镜(2)，圆环形固体激光增益介质(3)，全反射端圆环形透镜(4)，全反射镜(5)；在输出镜(1)和全反射镜(5)之间形成谐振腔；
输出镜(1)为半透半反镜，用于将谐振腔内的振荡激光输出；圆环台形反射棱镜(2)为中心具有穿孔的圆环台形，该圆环台形反射棱镜为中心具有通孔的圆台，该圆台包括相互的平行的上表面和下表面，并且上表面的面积大于下表面，该圆台的外侧面与上表面成45度夹角，该圆台的中心孔的最小直径处的直径等于圆环形固体激光增益介质的内部圆柱体的直径，并且该中心孔包括两部分，一部分为平行于该圆台外侧面的上内侧面，另外一部分则为垂直于圆台下表面的下内侧表面，从而形成一个漏斗状的中心孔，由圆环形固体激光增益介质内的圆柱体所产生的振荡光恰好通过漏斗状中心孔的垂直部分，而由圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱所产生的振荡光则先后经过圆环台形反射棱镜的外侧面和中心孔的与所述外侧面平行的上内侧面的反射之后以与圆柱体内出射的光相平行的方式入射到输出镜(1)上，并且由圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱所产生的环形激光的内侧边缘正好入射到与圆台的外侧面平行的上内侧面的内边缘，从而使得圆环柱所产生的激光与圆柱体所产生的激光在射出该圆台的时候以相接的方式形成一个整体激光束，圆环形固体激光增益介质的外围圆环柱和内部圆柱体之间留有的圆环形的空隙内设置有泵浦光源，全反射端圆环形透镜(4)中心处的通孔的直径要大于圆环形固体激光增益介质(3)的圆柱体的直径，并且还要小于圆环形固体激光增益介质(3)的圆环柱的内半径，并且该透镜的焦距要尽可能短，以便于使得该激光器的具有紧凑的结构，全反射镜(5)位于全反射端圆环形透镜的焦点处。
2.根据权利要求1所述的固体激光器，所述泵浦光源采用沿该圆环形空隙的圆周排列设置的灯管，或者采用由发光二极管组成的双面发光的圆筒形的发光阵列。
3.根据权利要求1或2所述的固体激光器，所述圆环形固体激光增益介质的圆环柱的厚度大于圆环形固体激光增益介质的圆柱体的半径。
4.根据权利要求3所述的固体激光器，所述圆环形固体激光增益介质的圆环柱的厚度1.5倍于圆环形固体激光增益介质的圆柱体的半径。
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| CN104505704A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-04-08 | 中国科学院光电研究院 | 一种新型激光放大器 |
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2013
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