CN204361473U - 一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器，涉及激光领域。该激光器包括：激光器主机、激光器电源和制冷机；所述激光器主机与所述制冷机通过水管连接形成闭合循环水路，所述激光器电源分别与所述激光器主机和所述制冷机有线连接；所述激光器主机包括：0°反射镜、泵浦聚光腔、输出镜、45°反射镜、激光增益介质和泵浦源；所述0°反射镜、所述泵浦聚光腔、所述泵浦源、第一激光增益介质及所述输出镜组成所述激光器的振荡级。本实用新型解决了采用现有泵浦聚光腔技术的同类激光器存在泵浦效率低、激光器整体能量转换效率低的问题，及较低的能量转换效率造成的激光器散热量大、体积大、能源浪费等缺点。

Description

一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器

技术领域

本实用新型涉及激光领域，尤其涉及一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器。

背景技术

泵浦聚光腔是激光器系统的重要组成部分，其作用是通过光反射、折射等途径将泵浦源发射的泵浦光集中照射在激光增益介质上，以达到泵浦激光介质的目的。泵浦聚光腔的泵浦效率高低是影响激光器整体能量转换效率关键因素之一。现有泵浦聚光腔技术的同类激光器存在泵浦效率低，激光器整体能量转换效率低的技术问题，而较低的能量转换效率造成了激光器散热量大、体积大、能源浪费等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型是一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器，该激光器包括：激光器主机、激光器电源和制冷机；所述激光器主机与所述制冷机通过水管连接形成闭合循环水路，所述激光器电源分别与所述激光器主机和所述制冷机有线连接；所述激光器主机包括：

0°反射镜、泵浦聚光腔、输出镜、45°反射镜、激光增益介质和泵浦源；所述激光增益介质包括：第一激光增益介质、第二激光增益介质和第三激光增益介质；所述45°反射镜包括：第一45°反射镜、第二45°反射镜、第三45°反射镜和第四45°反射镜；所述激光增益介质和所述泵浦源固定在所述泵浦聚光腔中；所述0°反射镜、所述泵浦聚光腔、所述泵浦源、所述第一激光增益介质以及所述输出镜组成所述激光器的振荡级；

在所述泵浦聚光腔的第一激光增益介质出射光行进方向上设置所述输出镜、所述第一45°反射镜和所述第二45°反射镜，定向反射激光束从固定在所述 泵浦聚光腔中的所述第三激光增益介质穿出后，再依次经过所述第三45°反射镜和所述第四45°反射镜的定向反射，最后穿过固定在所述泵浦聚光腔中的所述第二激光增益介质发射激光。

优选地，所述泵浦聚光腔包括：腔芯和两个相同端头，在所述腔芯内部同一平面上设置5个通槽；两个所述端头分别固定在所述腔芯的相对侧面，且每个所述端头上设置5个分别与5个所述通槽一一对应、相通的通孔。

优选地，所述激光增益介质是Nd：YAG、Nd：Glass、Nd：YLF、Er：YAG、Er：Glass或Yb：YAG。

优选地，所述泵浦源是脉冲氙灯或连续氪灯。

优选地，所述0°反射镜朝向聚光腔的迎束镜面镀有0°入射全反射膜；所述45°反射镜的迎束镜面镀有45°入射全反射膜；所述输出镜的迎束镜面镀有0°入射部分反射膜，且光束出射镜面镀有0°入射增透膜；其中，所述0°入射全反射膜、所述45°入射全反射膜、所述0°入射部分反射膜和所述0°入射增透膜反射或透射的激光光束的波长是1064nm、1339nm、1319nm、946nm、1053nm、1047nm或1040nm中的一种；其中，所述部分反射膜按需定制。

优选地，所述0°反射镜与所述输出镜之间的激光方向轴上还可设置下述几种元器件：

情况一，在所述0°反射镜与所述聚光腔之间设置Q开关；

情况二，从所述0°反射镜到所述聚光腔设置Q开关、第一1/4玻片和第一偏振片；从所述第一偏振片到所述输出镜之间还可以设置柱面镜、1/4玻片组、小孔光阑和第二偏振片，其中，所述1/4玻片组包括第二1/4玻片和第三1/4玻片，所述第二1/4玻片和第三1/4玻片需同时设置在所述聚光腔2激光方向轴的两侧；

其中所述Q开关与第一1/4玻片的可交换安装位置。

更优选地，所述柱面镜可设置在所述第一偏振片与所述第二1/4玻片之间或所述泵浦聚光腔与所述输出镜之间。

更优选地，所述小孔光阑设置在所述第一偏振片和所述泵浦聚光腔之间或所述泵浦聚光腔与所述输出镜之间。

优选地，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口的非线性变频模块；

其中，所述非线性变频模块包括：二倍频模块；二倍频模块和三倍频模块组合；二倍频模块和四倍频模块；OPO模块；二倍频模块和OPO模块；二倍频模块、三倍频模块和OPO模块；二倍频+四倍频模块+OPO模块。

优选地，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口和所述非线性变频模块之间的激光放大器；

其中，所述激光放大器包括：固定在泵浦聚光腔A通槽中的三支泵浦源和两支激光增益介质，且所述激光增益介质与所述泵浦源交错设置；

所述激光放大器还包括：分别设置在一个激光增益介质上的出光口和另一个激光增益介质上的入光口的两个45°反射镜A。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述一种使用高效泵浦聚光腔的激光器使用了特殊结构设计的泵浦聚光腔，该聚光腔的效率高于当前其他同类聚光腔的技术水平。

使用该聚光腔的激光器显著特点是能量转换效率高于现有同类技术的水平，激光器是一个系统，主要由激光器主机、激光器电源和制冷机三个部分组成，由于采用该聚光腔的激光器由电源注入能量转换为激光能量的转换效率得到了提高，使得激光器电源和制冷机的能耗可以降低约四分之一，同时，采用该聚光腔的脉冲激光器所采用的泵浦电源的台数至少可以减少一台，聚光腔的个数至少可以减少一个，因此使得采用该聚光腔的激光器的结构可以更紧凑，体积更小，便于携带。

附图说明

图1是实施例1中所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器的结构示意图；

图2是实施例1中所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器的激光器主机结构 示意图；

图3是实施例1中激光器主机中聚光腔的主视示意图；

图4是实施例1中激光器主机中聚光腔的左视示意图；

图5是实施例1中激光器主机中聚光腔的俯视示意图；

图6是实施例2中所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器的激光器主机结构示意图；

图7是实施例3中所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器的激光器主机结构示意图；

图8是实施例4中所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器的激光器主机结构示意图；

图9是实施例1中所述激光放大器的结构示意图；

其中，1表示0°反射镜，2表示泵浦聚光腔，3表示输出镜，4表示第一45°反射镜，5表示第二45°反射镜，6表示第三45°反射镜，7表示第四45°反射镜，8表示第一激光增益介质，9表示第二激光增益介质，10表示第三激光增益介质，11表示第一泵浦源，12表示第二泵浦源；

31表示Q开关，32表示第一1/4玻片，33表示第一偏振片，34表示柱面镜，35表示第二1/4玻片，36表示第三1/4玻片，37表示小孔光阑，38表示第二偏振片，41表示制冷机，42表示激光器电源；

90表示泵浦聚光腔A，91表示激光放大器第一泵浦源，92表示激光放大器第二泵浦源，93表示激光放大器第三泵浦源，94表示激光放大器第一激光增益介质，95表示激光放大器第一激光增益介质，96表示激光放大器第一45°反射镜A，97表示激光放大器第一45°反射镜A。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

参照图1至图5，本实施例所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，包括：激光器主机、激光器电源和制冷机；所述激光器主机与所述制冷机通过水管连接形成闭合循环水路，所述激光器电源分别与所述激光器主机和所述制冷机有线连接；所述激光器主机包括：0°反射镜1、泵浦聚光腔2、输出镜3、第一45°反射镜4、第二45°反射镜5、第三45°反射镜6、第四45°反射镜7、激光增益介质和泵浦源；在固定在所述泵浦聚光腔2上的第一激光增益介质出射光行进方向上设置所述输出镜3和所述第一45°反射镜4，在所述第一45°反射镜4定向反射激光束方向上设置所述第二45°反射镜5，在所述第二45°反射镜5的定向反射激光束穿过固定在所述泵浦聚光腔2上的所述第三激光增益介质后再经过所述第三45°反射镜6反射，在所述第三45°反射镜6定向反射激光束方向上设置所述第四45°反射镜7，所述第四45°反射镜7定向反射的激光束穿过固定在所述泵浦聚光腔2上的所述第二激光增益介质输出；所述激光增益介质和所述泵浦源固定在所述泵浦聚光腔2中；所述0°反射镜1、所述泵浦聚光腔2、所述泵浦源、所述第一激光增益介质以及所述输出镜3组成所述激光器的振荡级。

实施例中，所述泵浦聚光腔2包括：腔芯13和两个端头，在所述腔芯13内部同一平面上设置5个通槽；两个所述端头分别固定在所述腔芯13的相对侧面，且每个所述端头上设置5个分别与5个所述通槽一一对应、相通的通孔。

本实施例中，所述激光增益介质的数量是3个，均是Nd：YAG激光晶体，为图1中第一激光增益介质8、第二激光增益介质9、第三激光增益介质10；所述泵浦源的数量是2个，均是脉冲氙灯，为图1中第一泵浦源11，第二泵浦源12。

在本实施例中，所述0°反射镜靠近聚光腔的端面上镀有对1064nm激光的0°入射全反射膜、45°反射镜激光入射面上镀有对1064nm激光的45°入射全反射膜和所述输出镜(3)上激光入射面上镀有对1064nm激光的0°入射部分反射膜，所述输出镜(3)上激光出射面上镀有对1064nm激光的0°入射部分增透膜；其 中，所述部分反射膜按需定制。

本实施例中，激光器主机与制冷机41用两根冷却水管连接，一根进水管一根出水管接到聚光腔上的两个接口上，形成一个闭合循环水路；激光器主机和激光器电源42之间由一组连线连接，包括给泵浦源的供电线和激光器主机内部的控制线；激光器电源和制冷机41之间由一根流量保护线相连，一旦制冷机中冷却水流量小于设计值，制冷机会反馈给激光电源一个信号，激光电源42即刻停止工作，防止流经聚光腔中的冷却水流量不够时，激光电源42继续放电导致聚光腔过热造成泵浦源和激光晶体损坏。

本实施例中，所述0°反射镜1、所述泵浦聚光腔2、所述泵浦源、所述第一激光增益介质以及所述输出镜3组成所述激光器的振荡级。泵浦聚光腔2的作用是通过光反射、折射等途径将第一泵浦源11和第二泵浦源12发射的泵浦光集中照射在激光增益介质(附图标记为8、9、10)上，以达到泵浦激光增益介质的目的。45°反射镜(附图标记为4、5、6、7)的作用是将激光定向反射，令激光依次通过第三激光增益介质10和第二激光增益介质9，达到增大激光输出能量的目的。第一激光增益介质8是激光器振荡级的增益介质，其作用是提供激光增益能力。第二激光增益介质9和第三激光增益介质10是激光器放大级的增益介质，其作用是提高激光增益能力。第一泵浦源11和第二泵浦源12的作用是为激光器提供泵浦源。固定在聚光腔的腔体13两端的端头的作用是为第一激光增益介质8、第二激光增益介质9、第三激光增益介质10、第一泵浦源11和第二泵浦源12提供机械固定，腔体13的作用是为第一泵浦源11和第二泵浦源12提供光线的反射、汇聚功能。

本实施例中，泵浦聚光腔2包括了三个独立的激光增益介质，即附图标记为8、9、10。泵浦聚光腔2包括了两个独立泵浦源，即附图标记为11、12。本实施例中所述的泵浦聚光腔的结构紧凑，可合理高效利用泵浦源发射的光线，并将其汇聚于激光增益介质上，达到高效率泵浦激光增益介质的目的。聚光腔腔体13内部采用循环制冷液体或气体，达到冷却的目的。

在本实施例中，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口的非线性变频模块；所述非线性变频模块是二倍频模块和三倍频模块组合，所述二倍频模块和所述三倍频模块从所述激光器主机出光口开始顺序依次设置；所述非线性变频模块，所述非线性模块的作用是对入射到其中的激光进行频率转换，即一种波长的激光进入所述非线性模块，一部分入射激光就会转换成其他波长的激光，这样由所述非线性输出的激光中就会有其他波长的激光，再用分光片将实际应用所需要的激光导出即可。

参照图9，在本实施例中，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口和所述非线性变频模块之间的激光放大器；其中，所述激光放大器：设置在所述激光器主机出光口和所述非线性变频模块之间的激光放大器；其中，所述激光放大器包括：固定在泵浦聚光腔A 90通槽中的三支泵浦源(标号91，92和93)和两支激光增益介质(标号94和95)，且所述激光增益介质与所述泵浦源交错设置；所述激光放大器还包括：分别设置在一个激光增益介质上的出光口和另一个激光增益介质上的入光口的两个45°反射镜A；所述两个45°反射镜A的迎光面上镀有对1064nm激光的45°入射全反射膜。所述激光放大器的作用是：一束激光器入射到激光放大器，激光放大器中所储存的能量就会释放出来随入射激光一起从所述激光放大器中输出，此时出射激光的能量比入射激光的能量大，即入射激光经过所述激光放大器后，能量得到了放大。

本实施例中，激光器整体光路结构包括附图标记为0°反射镜1、聚光腔2、输出镜3和第一增益介质8及泵浦源组成的激光振荡级，其作用是通过腔内振荡增益产生脉冲或连续激光，并由输出镜3输出。激光输出后被第一45°反射镜4和第二45°反射镜5反射后，通过第三激光增益介质10，然后输出的激光被第三45°反射镜6和第四45°反射镜7反射，最后通过第二激光增益介质9，最后进行激光输出。本实施例中的激光通过增益介质后其能量获得增大，实现了本振输出、一级放大、二级放大的功能，高效利用了泵浦源能量。

使用本实施例中描述的结构，在相同电源注入能量的前提下，可输出更高脉冲能量的1064nm激光脉冲。

实施例2

参照图6，本实施例与实施例1的区别在于，在所述0°反射镜1与所述输出镜3之间的激光方向轴上还可设置Q开关31，所述Q开关31设置在所述0°反射镜1与所述聚光腔2之间。如本领域技术人员知：Q开关可以控制激光的输出方式，是脉冲输出还是连续输出，采用不同种类的Q开关还可以得到不同脉冲宽度，即不同脉冲持续时间的激光。

在本实施例中，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口的非线性变频模块；所述非线性变频模块是二倍频模块、三倍频模块和OPO模块组合，所述二倍频模块、所述三倍频模块和所述OPO模块从所述激光器主机出光口开始顺序依次设置。

实施例3

参照图7，本实施例与实施例1的区别在于，在所述0°反射镜1与所述输出镜3之间的激光方向轴上还可设置Q开关31、第一1/4玻片32和第一偏振片33，所述Q开关31、所述第一1/4玻片32和所述第一偏振片33配合完成调Q过程。

在本实施例中，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口的非线性变频模块；所述非线性变频模块是二倍频模块和OPO模块组合，所述二倍频模块和所述OPO模块从所述激光器主机出光口开始顺序依次设置。

实施例4

参照图8，本实施例与实施例3的区别在于，在所述0°反射镜1与所述输出镜3之间的激光方向轴上还可设置：柱面镜34、1/4玻片组、小孔光阑37和第 二偏振片38，其中，所述1/4玻片组包括第二1/4玻片35和第三1/4玻片36，所述第二1/4玻片35和第三1/4玻片36需同时设置在所述聚光腔2激光方向轴的两侧。

所述柱面镜34设置在所述第一偏振片33与所述第二1/4玻片35之间，所述小孔光阑37设置在所述第三1/4玻片36与所述第二偏振片38之间。如本领域技术人员知：所述柱面镜的作用是在振荡级输出激光能量分布不均匀时对输出光斑进行整形，所述小孔光阑可以改善激光光束质量，所述偏振片可以控制激光的偏振态。

在本实施例中，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口的非线性变频模块；所述非线性变频模块是二倍频模块、四倍频模块和OPO模块组合，所述二倍频模块、所述四倍频模块和所述OPO模块从所述激光器主机出光口开始顺序依次设置。

如本领域技术人员知：所述柱面镜34还可设置所述第三1/4玻片36与所述小孔光阑37之间或所述小孔光阑37与所述第二偏振片38之间；

如本领域技术人员知：所述小孔光阑37还可设置所述柱面镜34与所述第二1/4玻片35之间或所述第一偏振片33与所述柱面镜34之间或所述第一1/4玻片32与所述第一偏振片33之间。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型所述一种使用高效泵浦聚光腔的脉冲激光器使用了特殊结构设计的泵浦聚光腔，该聚光腔的效率高于当前其他同类聚光腔的技术水平。

使用该聚光腔的脉冲激光器显著特点是能量转换效率高于现有同类技术的水平，激光器是一个系统，主要由激光器主机、激光器电源和制冷机三个部分组成，由于采用该聚光腔的激光器由电源注入能量转换为激光能量的转换效率得到了提高，使得激光器电源和制冷机的能耗可以降低约四分之一，同时，采用该聚光腔的脉冲激光器所采用的泵浦电源的台数至少可以减少一台，聚光腔的个数至少可以减少一个，因此使得采用该聚光腔的激光器的结构可以更紧凑， 体积更小，便于携带。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，该激光器包括：激光器主机、激光器电源和制冷机；所述激光器主机与所述制冷机通过水管连接形成闭合循环水路，所述激光器电源分别与所述激光器主机和所述制冷机有线连接；所述激光器主机包括：

0°反射镜(1)、泵浦聚光腔(2)、输出镜(3)、45°反射镜、激光增益介质和泵浦源；

所述激光增益介质包括：第一激光增益介质(8)、第二激光增益介质(8)和第三激光增益介质(10)；所述45°反射镜包括：第一45°反射镜(4)、第二45°反射镜(5)、第三45°反射镜(6)和第四45°反射镜(7)；所述激光增益介质和所述泵浦源固定在所述泵浦聚光腔(2)中；

所述0°反射镜(1)、所述泵浦聚光腔(2)、所述泵浦源、所述第一激光增益介质(8)以及所述输出镜(3)组成所述激光器的振荡级；

在所述泵浦聚光腔(2)的第一激光增益介质(8)出射光行进方向上设置所述输出镜(3)、所述第一45°反射镜(4)和所述第二45°反射镜(5)，定向反射激光束从固定在所述泵浦聚光腔(2)中的所述第三激光增益介质(10)穿出后，再依次经过所述第三45°反射镜(6)和所述第四45°反射镜(7)的定向反射，最后穿过固定在所述泵浦聚光腔(2)中的所述第二激光增益介质(9)发射激光。

2.根据权利要求1所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述泵浦聚光腔(2)包括：腔芯(13)和两个相同端头，在所述腔芯(13)内部同一平面上设置5个通槽；两个所述端头分别固定在所述腔芯(13)的相对侧面，且每个所述端头上设置5个分别与5个所述通槽一一对应、相通的通孔。

3.根据权利要求1所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述激光增益介质是Nd：YAG、Nd：Glass、Nd：YLF、Er：YAG、Er：Glass或Yb：YAG。

4.根据权利要求1所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所 述泵浦源是脉冲氙灯或连续氪灯。

5.根据权利要求1所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，

所述0°反射镜(1)朝向聚光腔(2)的迎束镜面镀有0°入射全反射膜；

所述45°反射镜的迎束镜面镀有45°入射全反射膜；

所述输出镜(3)的迎束镜面镀有0°入射部分反射膜，且光束出射镜面镀有0°入射增透膜；

其中，所述0°入射全反射膜、所述45°入射全反射膜、所述0°入射部分反射膜和所述0°入射增透膜反射或透射的激光光束的波长是1064nm、1339nm、1319nm、946nm、1053nm、1047nm或1040nm中的一种。

6.根据权利要求1所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述0°反射镜(1)与所述输出镜(3)之间的激光方向轴上还可设置下述几种元器件：

情况一，在所述0°反射镜(1)与所述聚光腔(2)之间设置Q开关(31)；

情况二，从所述0°反射镜(1)到所述聚光腔(2)设置Q开关(31)、第一1/4玻片(32)和第一偏振片(33)；从所述第一偏振片到所述输出镜(3)之间还可以设置柱面镜(34)、1/4玻片组、小孔光阑(37)和第二偏振片(38)，其中，所述1/4玻片组包括第二1/4玻片(35)和第三1/4玻片(36)，所述第二1/4玻片(35)和第三1/4玻片(36)需同时设置在所述聚光腔2激光方向轴的两侧；

其中所述Q开关(31)与第一1/4玻片(32)的可交换安装位置。

7.根据权利要求6所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述柱面镜(34)可设置在所述第一偏振片(33)与所述第二1/4玻片(35)之间或所述泵浦聚光腔(2)与所述输出镜(3)之间。

8.根据权利要求6所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述小孔光阑(37)设置在所述第一偏振片(33)和所述泵浦聚光腔(2)之间或所述泵浦聚光腔(2)与所述输出镜(3)之间。

9.根据权利要求1所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口的非线性变频模块；

其中，所述非线性变频模块包括：二倍频模块；二倍频模块和三倍频模块组合；二倍频模块和四倍频模块；OPO模块；二倍频模块和OPO模块；二倍频模块、三倍频模块和OPO模块；二倍频+四倍频模块+OPO模块。

10.根据权利要求9所述使用高效率泵浦聚光腔的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：设置在所述激光器主机出光口和所述非线性变频模块之间的激光放大器；

其中，所述激光放大器包括：固定在泵浦聚光腔A(90)通槽中的三支泵浦源和两支激光增益介质，且所述激光增益介质与所述泵浦源交错设置；

所述激光放大器还包括：分别设置在一个激光增益介质上的出光口和另一个激光增益介质上的入光口的两个45°反射镜A。