CN207542557U - 一种角隅介质以及基于该角隅介质的紧凑型激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种角隅介质，具有相对设置的出光端面、反射端面，以及在出光端面和反射端面之间延伸的周壁，出光端面为平面，反射端面为三个全反射面垂直相交形成的三棱锥面。本实用新型还提供了一种基于该角隅介质的紧凑型激光器，包括角隅介质、双向全反镜和双向半反镜，双向全反镜具有与出光端面相对设置的全反射平面，双向半反镜具有与出光端面相对设置的半反射平面，全反射平面、半反射平面与反射端面之间形成激光谐振腔。本实用新型的角隅介质作为激光器的增益介质，在不增加空间长度的前提下有效地提高了谐振腔腔长，有利于小发散角输出，同时，利用角隅介质内的光束反射补偿，可有效补偿泵浦不均匀性造成的光束畸变、光轴漂移及光束质量下降。

Description

一种角隅介质以及基于该角隅介质的紧凑型激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种角隅介质，还涉及一种基于该角隅介质的紧凑型激光器。

背景技术

激光器是激光系统中光机构型最为复杂的部分,激光器性能及构型直接决定了激光系统的光机构型方式、技术体制及其它各组件的空间分配。在激光雷达、激光测距、目标指示等应用领域，紧凑型的激光器是研究人员长期追求的目标。

由紧凑型激光器集成的小型激光系统可与光电系统直接集成，搭载在单兵、车辆、直升机、无人机等平台用于测距、测高、制导，在军事、防务、民用领域有长期持续的稳定需求。在对测程等激光系统性能指标有较高要求的应用方面，要求激光器有较高的能量、小发散角、高光束质量、高光轴稳定性，需要采用紧凑的固体激光器技术途径。在激光器设计中、短腔会造成发散角大、较高的能量输出会因泵浦热不均匀性造成光束漂移，各个指标的综合匹配过程中，紧凑型构型的实现一直是激光器工程应用的瓶颈之一。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种角隅介质以及一种基于该角隅介质的紧凑型激光器，用于解决激光器紧凑构型带来的光束发散角大、光束质量较差的问题，以满足激光探测、激光指示系统中对紧凑、高性能激光器的需求。

本实用新型的技术方案是：一种角隅介质，用于作为激光器的增益介质，其特征在于：具有相对设置的出光端面、反射端面，以及在出光端面和反射端面之间延伸的周壁，所述出光端面为平面，所述反射端面为三个全反射面垂直相交形成的三棱锥面。

作为优选：所述角隅介质的周壁呈鼓状。

作为优选：所述角隅介质为Nd:YAG或者Nd:YVO4。

本实用新型的另一技术方案是：一种紧凑型激光器，包括双向全反镜和双向半反镜，还包括上述任意一项所述的角隅介质；

所述双向全反镜具有与所述出光端面相对设置的全反射平面，所述双向半反镜具有与所述出光端面相对设置的半反射平面，所述全反射平面、半反射平面与所述反射端面之间形成激光谐振腔。

作为优选：所述全反射平面与所述半反射平面位于同一平面。

作为优选：所述全反射平面与所述半反射平面均贴合所述出光端面设置。

作为优选：还包括设置在所述双向全反镜背向所述角隅介质的一侧的泵浦源。

作为优选：所述泵浦源采用中心波长808nm的3kw半导体阵列模块。

作为优选：所述双向全反镜的表面镀有1064nm全反膜和808nm增透膜，所述双向半反镜的表面镀有1064nm半反膜和808nm全反膜。

作为优选：还包括环绕所述角隅介质的周壁设置的泵浦源。

本实用新型的有益效果是：本实用新型将几何形状为角隅棱镜的角隅介质作为激光器的增益介质，在不增加空间长度的前提下有效地提高了谐振腔腔长，有利于小发散角输出，同时，利用角隅介质内的光束反射补偿，可有效补偿泵浦不均匀性造成的光束畸变、光轴漂移及光束质量下降。

本实用新型基于角隅介质的激光器构型具有以下优点：

(1)激光在激光谐振腔内振荡时，通过角隅介质的反射端面的三个全反射面发生三次全反射，激光谐振腔的腔长大部分由角隅介质内的光程组成，三次全反射在空间上自动折叠，避免了直线式介质的一维长度过长问题，相对于二维折叠腔在腔长的拉伸方面也更具有优势。该构型使紧凑空间下的腔长拉伸成为可能，有利于激光器发散角的压窄。

(2)角隅介质可对像实现对称性反转，因此激光光束在激光谐振腔内往复振荡时，可以自动对左右及上下的泵浦不均匀性、光束不对称性进行补偿，有效避免光束的畸变及光轴漂移。

(3)通过缩小全反射平面、半反射平面与出光端面之间的距离，可进一步压缩激光器的体积，可将双向全反镜、双向半反镜集成设计至角隅介质的出光端面。

(4)角隅介质可以为不同的材料，如Nd:YAG、Nd:YVO4等，以适用于各种不同波长的激光器，达到紧凑空间拉伸激光谐振腔的腔长、补偿泵浦热效应及光束不均性的目的。

(5)本实用新型的激光器构型还可拓展应用于侧泵模式，实现大能量(高功率)输出，泵浦源环绕角隅介质的周壁设置，泵浦源可从角隅介质的侧面耦合进介质，仍可实现谐振腔的紧凑空间拉伸、光束的不均性及泵浦热效应补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的角隅介质的结构示意图；

图2为角隅介质的光束畸变补偿示意图；

图3是本实用新型实施例1的激光器的结构示意图。

图中1、角隅介质；11、出光端面；12、反射端面；13、周壁；2、双向全反镜；3、双向半反镜；4、泵浦源。

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，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种角隅介质1，用于作为激光器的增益介质，该角隅介质1具有相对设置的出光端面11、反射端面12，以及在出光端面11和反射端面12之间延伸的周壁13，出光端面11为平面，反射端面12为三个全反射面垂直相交形成的三棱锥面。

作为可选地实施方式，角隅介质1的周壁13呈鼓状。鼓状是指从中间向两端逐渐圆滑收缩的形状。具体地，角隅介质1的出光端面11为一边缘圆滑的平面，反射端面12的三个全反射面的面积相等，且反射端面12的顶点垂直向出光端面11的投影与出光端面11的中心重合。反射端面12垂直向出光端面11的投影均位于出光端面11的边沿范围内。角隅介质1的周壁13由出光端面11的边沿向反射端面12方向延伸，先逐渐扩张而后逐渐收缩与出光端面12的三个全反射面相交形成。

角隅介质1的三个全反射面可以通过但不限于以下方式来实现对角隅介质1内光子的全反射：

第一种方式，通过计算来选择角隅介质1的材料，使进入角隅介质1内的光只能经三个全反射面进行反射，而不能经三个全反射面射出，从而实现对进入角隅介质1内的光的全反射。

第二种方式,通过在三个全反射面镀全反射膜，来实现对进入角隅介质1内的光的全反射。

图2示出了角隅介质1的光束畸变补偿示意图。如图2所示，光从出光端面11进入角隅介质1的光依次经三个全反射面，共发生三次全反射，再从出光端面11射出，增加了光在角隅介质1内的光程。

作为可选地实施方式，角隅介质1为Nd:YAG或者Nd:YVO4。除此以外，角隅介质1还可以为其他的材料，以适用于各种不同波长的激光器，达到紧凑空间拉伸激光谐振腔的腔长、补偿泵浦热效应及光束不均性的目的。

如图3所示，本实用新型实施例还提供了一种紧凑型激光器，包括双向全反镜2、双向半反镜3和上述角隅介质1。

双向全反镜2具有与出光端面11相对设置的全反射平面，双向半反镜3具有与出光端面11相对设置的半反射平面，全反射平面、半反射平面与反射端面12之间形成激光谐振腔。

作为可选地实施方式，全反射平面与半反射平面位于同一平面，以缩小激光谐振腔的空间，使激光器具有更小的体积。

作为可选地实施方式，全反射平面与半反射平面均贴合出光端面11设置。这样可以进一步压缩激光器的体积。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式和/或实施例中的特征可以相互结合。

实施例1:

如图3所示，本实用新型实施例提供的一种紧凑型激光器，包括角隅介质1、泵浦源4、双向全反镜2和双向半反镜3。

角隅介质1为Nd:YAG。角隅介质1具有相对设置的出光端面11、反射端面12，以及在出光端面11和反射端面12之间延伸的周壁13。角隅介质1的周壁13呈鼓状(鼓状是指从中间向两端逐渐圆滑收缩的形状)。

角隅介质1的出光端面11为一平面。反射端面12为三个全反射面垂直相交形成的三棱锥面。三个全反射面的面积相等，且反射端面12的顶点垂直向出光端面11的投影与出光端面11的中心重合。

泵浦源4采用中心波长808nm的3kw半导体阵列模块，通过整形透镜耦合进入角隅介质1。

双向全反镜2能够供波长808nm的光穿过，波长1064nm光被全部反射，无法穿过。

双向全反镜2的表面镀有1064nm全反膜和808nm增透膜。1064nm全反膜能够实现对波长为1064nm的光的全反射。808nm增透膜能够供波长为808nm的光完全穿过。

双向半反镜3能够供波长1064nm的光穿过，波长808nm光被全部反射，无法穿过。

双向半反镜3的表面镀有1064nm半反膜和808nm全反膜。1064nm半反膜能够供波长为1064nm的光穿过，其他波长的光无法穿过1064nm半反膜。808nm全反膜能够实现对波长为808nm的光的全反射。

双向全反镜2和双向半反镜3并列设置在角隅介质1的出光端面11的一侧，双向全反镜2与双向半反镜3向角隅介质1的出光端面11的投影位于出光端面11的边沿范围内。

双向全反镜2面向出光端面11的侧面为全反射平面。全反射平面为平面且与出光端面11平行设置。

双向半反镜3面向出光端面11的侧面为半反射平面。半反射平面为平面且与出光端面11平行设置。

全反射平面、半反射平面与反射端面12之间形成激光谐振腔。

全反射平面与半反射平面位于同一平面，以缩小激光谐振腔的空间，使激光器具有更小的体积。

泵浦源4设置在双向全反镜2背向角隅介质1的一侧。泵浦源4产生的光穿过双向全反镜2后进入激光谐振腔。

泵浦源4采用中心波长808nm的3kw半导体阵列模块，通过整形透镜耦合进入角隅介质1。双向全反镜2的全反射平面、双向半反镜3的半反射平面面向角隅介质1的一侧构成1064nm激光谐振腔。

双向全反镜2镀有1064nm全反膜、808nm增透膜，808nm增透膜使泵浦源4产生的808nm激光(波长为808nm)完全进入1064nm激光谐振腔内，经角隅介质1增益形成的1064nm激光(波长为1064nm)则可通过1064nm全反膜反射回角隅介质1内部继续进行振荡增益。

双向半反镜3镀有1064nm半反膜、808nm全反膜，1064nm半反膜使经角隅介质1增益形成的1064nm激光能够从双向半反镜3射出，未经增益的808nm激光则经808nm全反膜反射回角隅介质1内部进行振荡增益。角隅介质1通过吸收808nm泵浦光产生增益，实现1064nm激光输出。

本实用新型实施例提供的紧凑型激光器构型特点如下：

(1)1064nm激光在激光谐振腔内振荡时，通过角隅介质1的反射端面12的三个全反射面发生三次全反射，激光谐振腔的腔长大部分由角隅介质1内的光程组成，三次全反射在空间上自动折叠，避免了直线式介质的一维长度过长问题，相对于二维折叠腔在腔长的拉伸方面也更具有优势。该构型使紧凑空间下的腔长拉伸成为可能，有利于激光器发散角的压窄。

(2)角隅介质可对像实现对称性反转，因此1064nm激光光束在激光谐振腔内往复振荡时，可以自动对左右及上下的泵浦不均匀性、光束不对称性进行补偿，有效避免光束的畸变及光轴漂移。

实施例2：

本实施例2与实施例1的不同点在于：本实用新型实施例提供的紧凑型激光器的双向全反镜和双向半反镜集成设置在角隅介质的出光端面。即全反射平面与半反射平面均贴合出光端面设置，这样可以进一步压缩激光器的体积。

实施例3：

本实施例3与实施例1的不同点在于：本实用新型实施例提供的紧凑型激光器的泵浦源环绕角隅介质的周壁设置。使本实用新型的角隅介质拓展应用于侧泵模式，实现大能量(高功率)输出，泵浦源从角锥介质的周壁耦合进角隅介质内，仍可实现激光谐振腔的紧凑空间拉伸、光束的不均性及泵浦热效应补偿。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种角隅介质，用于作为激光器的增益介质，其特征在于：具有相对设置的出光端面(11)、反射端面(12)，以及在出光端面(11)和反射端面(12)之间延伸的周壁(13)，所述出光端面(11)为平面，所述反射端面(12)为三个全反射面垂直相交形成的三棱锥面。

2.根据权利要求1所述的角隅介质(1)，其特征在于：所述角隅介质(1)的周壁(13)呈鼓状。

3.根据权利要求1或2所述的角隅介质(1)，其特征在于：所述角隅介质(1)为Nd:YAG或者Nd:YVO4。

4.一种紧凑型激光器，包括双向全反镜(2)和双向半反镜(3)，其特征在于：还包括根据权利要求1至3中任意一项所述的角隅介质(1)；

所述双向全反镜(2)具有与所述出光端面(11)相对设置的全反射平面，所述双向半反镜(3)具有与所述出光端面(11)相对设置的半反射平面，所述全反射平面、半反射平面与所述反射端面(12)之间形成激光谐振腔。

5.根据权利要求4所述的紧凑型激光器，其特征在于：所述全反射平面与所述半反射平面位于同一平面。

6.根据权利要求5所述的紧凑型激光器，其特征在于：所述全反射平面与所述半反射平面均贴合所述出光端面(11)设置。

7.根据权利要求4至6中任意一项所述的紧凑型激光器，其特征在于：还包括设置在所述双向全反镜(2)背向所述角隅介质(1)的一侧的泵浦源(4)。

8.根据权利要求7所述的紧凑型激光器，其特征在于：所述泵浦源(4)采用中心波长808nm的3kw半导体阵列模块。

9.根据权利要求8所述的紧凑型激光器，其特征在于：所述双向全反镜(2)的表面镀有1064nm全反膜和808nm增透膜，所述双向半反镜(3)的表面镀有1064nm半反膜和808nm全反膜。

10.根据权利要求4至6中任意一项所述的紧凑型激光器，其特征在于：还包括环绕所述角隅介质(1)的周壁(13)设置的泵浦源(4)。