CN210167628U - 一种均匀泵浦的激光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种均匀泵浦的激光装置，激光装置工作时，激光束依次经PBS镜片、法拉第旋光器、平凸透镜、第一二向色镜片和激光晶体入射至第一平凹全反镜，再经第一平凹全反镜反射并依次经激光晶体、第一二向色镜片、平凸透镜、法拉第旋光器和PBS镜片后输出，实现激光束的双程放大输出；激光泵浦源用于为激光晶体提供泵浦能量，激光泵浦源出射泵浦光束，经第一二向色镜片折射至激光晶体，剩余泵浦光束通过激光晶体后，入射至第一平凹全反镜，再经第一平凹全反镜反射至激光晶体。本实用新型在有效降低激光晶体内热的应用上，同时，增加了激光晶体的储能效率。

Description

一种均匀泵浦的激光装置

技术领域

本实用新型涉及激光放大技术领域，具体是一种均匀泵浦的激光装置。

背景技术

随着工业应用的加深，超快激光的使用范围越来越多。尤其是在微加工领域，众多使用需求往往偏向于高峰值，大能量，高重频输出兼具优质的光束质量。通常，光纤激光器是高重频与优质光束质量目标的首选，但超快激光因其自身的高峰值往往导致光纤中产生非线性效应等不利因素，降低了实际使用范围。因此，固体激光放大技术结合稳定的光纤种子源是现今多数超快激光器所采用的方案。

在固体激光放大技术中，晶体的热效应处理是至关重要的。若是不能有效降低热效应带来的不利影响，往往会导致激光放大效率的降低与光束质量的下降。为了降低热效应的影响，引入了直接泵浦技术，其可有效降低晶体内热产生。但直接泵浦技术使用的泵浦光波长通常不是激光晶体的高吸收波长，因此，有很大一剩余的光束能量被浪费，或为了吸收更多的泵浦光，激光晶体的长度被增加至一较长的范围，这样即增加了成本又带来一个新的问题，泵浦光束的较大发散角使得晶体后半段的泵浦区域的储能较少，对激光放大的增益并不明显。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决直接泵浦技术中激光吸收效率低及激光晶体储能较少的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种均匀泵浦的激光装置，包括平凸透镜、第一二向色镜片、激光晶体、第二二向色镜片、激光泵浦源和平凹全反镜，其中，激光束依次经所述平凸透镜、第一二向色镜片、激光晶体、第二二向色镜片后输出，实现所述激光束的单程放大输出；所述激光泵浦源用于为所述激光晶体提供泵浦能量，所述激光泵浦源出射泵浦光束，经所述第一二向色镜片折射至所述激光晶体，剩余所述泵浦光束通过所述激光晶体后，入射至所述第二二向色镜片，经所述第二二向色镜片折射至所述平凹全反镜后，再经所述平凹全反镜反射并经所述第二二向色镜片后入射至所述激光晶体。

较佳地，激光泵浦源输出的泵浦光束的波长对应激光晶体的上能级。

较佳地，所述平凹全反镜具有特定曲率，可使平凹全反镜对所述泵浦光束进行收束，并在所述激光晶体内部形成二次聚焦。

本实用新型还提供了一种均匀泵浦的激光装置，包括PBS镜片、法拉第旋光器、平凸透镜、第一二向色镜片、激光晶体、第一平凹全反镜和激光泵浦源，其中，激光束依次经所述PBS镜片、法拉第旋光器、平凸透镜、第一二向色镜片和激光晶体入射至所述第一平凹全反镜，再经所述第一平凹全反镜反射并依次经所述激光晶体、第一二向色镜片、平凸透镜、法拉第旋光器和PBS镜片后输出，实现所述激光束的双程放大输出；所述激光泵浦源用于为所述激光晶体提供泵浦能量，所述激光泵浦源出射泵浦光束，经所述第一二向色镜片折射至所述激光晶体，剩余所述泵浦光束通过所述激光晶体后，入射至所述第一平凹全反镜，再经所述第一平凹全反镜反射至所述激光晶体。

较佳地，还包括第二二向色镜片和第二平凹全反镜，其中，所述激光束经所述激光晶体出射后，先经所述第二二向色镜片后再入射至所述第一平凹全反镜，再经所述第一平凹全反镜反射并依次经所述第二二向色镜片、激光晶体、第一二向色镜片、平凸透镜、法拉第旋光器和PBS镜片后输出，实现所述激光束的双程放大输出；剩余所述泵浦光束通过所述激光晶体后，先经所述第二二向色镜片折射至所述第二平凹全反镜，再经所述第二平凹全反镜反射后经所述第二二向色镜片入射至所述激光晶体。

较佳地，所述激光晶体的增益方向对应所述激光束的偏振方向。

较佳地，所述第一平凹全反镜镀有所述泵浦光与激光两个波长的全反膜系。

较佳地，所述第一平凹全反镜的曲率与所述激光束的波前曲率近似。

较佳地，所述法拉第旋光器为45度法拉第旋光器。

较佳地，所述激光晶体为各向异性晶体。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

1、本实用新型实施例在有效降低激光晶体内热的应用上，同时，增加了激光晶体的储能效率。

2、本实用新型实施例2和3实现激光双程放大，降低激光晶体使用长度，同时匀化了激光晶体内储能分布。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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。附图中：

图1为本实用新型实施例1均匀泵浦单程激光放大结构示意图；

图2为本实用新型实施例2均匀泵浦双程激光放大结构示意图；

图3为本实用新型实施例3均匀泵浦双程激光放大结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型提供的一种均匀泵浦的激光装置进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

以下实施例的均匀泵浦的激光装置均可以与固体激光器、光纤激光器或其他放大结构配合使用。

实施例1

一种均匀泵浦的激光装置，请参考图1，包括平凸透镜101、第一二向色镜片102、激光晶体103、第二二向色镜片104、激光泵浦源105和平凹全反镜106，其中，

激光束依次经平凸透镜101、第一二向色镜片102、激光晶体103、第一二向色镜片104后输出，实现单程放大输出；

具体地，首先，激光束入射至平凸透镜101，激光束被聚焦，并经过第一二向色镜片102后，在激光晶体103内部与泵浦光束形成的焦点耦合。

由于激光晶体103具有特定的激光增益方向，所以，激光晶体103的增益方向也需对应激光束的偏振方向。激光束在激光晶体103中增益放大后，经过第二二向色镜片104输出，从而实现激光束的单程放大输出。

同时，激光泵浦源105用于为激光晶体103提供放大激光束所需的泵浦能量，且，激光泵浦源105输出的泵浦光束的波长对应激光晶体103的上能级。激光泵浦源105出射泵浦光束，经第一二向色镜片102折射至激光晶体103；由于激光晶体103对该波长泵浦光束的吸收系数较小，所以，剩余未被吸收的泵浦光束通过激光晶体103后，入射至第二二向色镜片104，经第二二向色镜片104折射至平凹全反镜106后，再经平凹全反镜106反射并经第二二向色镜片104后入射至激光晶体103。

平凹全反镜106具有特定曲率，可使平凹全反镜106对泵浦光束进行收束，并在激光晶体103内部形成二次聚焦，提高激光晶体103的储能效率。同时，因为激光晶体103的两个端面均有泵浦作用，所以，可使激光晶体103内部的能量分布也较为均匀，进而实现激光在整个激光晶体103中均可以得到良好的放大效果。这可以减小晶体的实际使用长度，也避免了长晶体后半段增益效果降低的劣势。

实施例2

一种均匀泵浦的激光装置，请参考图2，包括PBS镜片201、法拉第旋光器202、平凸透镜203、第一二向色镜片204、激光晶体205、第一平凹全反镜206和激光泵浦源207，其中，

激光束依次经PBS镜片201、法拉第旋光器202、平凸透镜203、第一二向色镜片204和激光晶体205入射至所述第一平凹全反镜206，再经所述第一平凹全反镜206反射并依次经所述激光晶体205、第一二向色镜片204、平凸透镜203、法拉第旋光器202和PBS镜片201后输出，实现激光束的双程放大输出；

激光泵浦源207用于为激光晶体205提供泵浦能量，激光泵浦源207出射泵浦光束，经第一二向色镜片204折射至激光晶体205，剩余泵浦光束通过激光晶体205后，入射至第一平凹全反镜206，再经第一平凹全反镜206反射至激光晶体205。

假定激光束为一水平偏振的激光束，PBS镜片201的介质膜满足水平偏振高透，垂直偏振高反，在PBS镜片201处，激光束完全通过PBS镜片201至法拉第旋光器202，由于法拉第旋光器202可以使激光束的线偏振方向旋转，因此，当激光束通过法拉第旋光器202后，其偏振方向与水平方向形成45度角度。

当激光束经过平凸透镜203时，激光束被聚焦，并在激光晶体205内部与泵浦光束形成的焦点耦合。由于激光晶体205具有特定的激光增益方向，所以，激光晶体205的增益方向也需对应激光束的偏振方向。当激光束在激光晶体205中增益放大后，传播至第一平凹全反镜206上。

第一平凹全反镜206镀有泵浦光与激光两个波长的全反膜系。当激光束与剩余泵浦光传播至第一平凹全反镜206时，因全反膜的作用，剩余泵浦光束与激光束沿原光路返回，形成双程激光效果。但因激光束与泵浦光束的波长相差较大，无法兼顾两者在激光晶体205内部的二次聚焦效果，所以，第一平凹全反镜206的曲率选择以泵浦光束二次聚焦光斑直径大于激光束聚焦光斑直径。

由于法拉第旋光器202的非互易性，所以，当返回激光束再次通过法拉第旋光器202后，激光束的偏振方向再次旋转45度，变为垂直偏振的激光束，并在PBS镜片201的作用下折射出光路。

实施例3

一种均匀泵浦的激光装置，基于实施例2的均匀泵浦的激光装置，请参考图3，还包括第二二向色镜片208和第二平凹全反镜209，其中，

激光束经激光晶体205出射后，先经第二二向色镜片208后再入射至第一平凹全反镜206，再经第一平凹全反镜206反射并依次经第二二向色镜片208、激光晶体205、第一二向色镜片204、平凸透镜203、法拉第旋光器202和PBS镜片201后输出，实现所述激光束的双程放大输出；

剩余泵浦光束通过激光晶体205后，先经第二二向色镜片208折射至所述第二平凹全反镜209，再经第二平凹全反镜209反射后经第二二向色镜片208入射至激光晶体205。

假定激光束为一水平偏振的激光束，PBS镜片201的介质膜满足水平偏振高透，垂直偏振高反，在PBS镜片201处，激光束完全通过PBS镜片201至法拉第旋光器202，由于法拉第旋光器202可以使激光束的线偏振方向旋转，因此，当激光束通过法拉第旋光器202后，其偏振方向与水平方向形成45度角度。

当激光束经过平凸透镜203时，激光束被聚焦，并在激光晶体205内部与泵浦光束形成的焦点耦合。由于激光晶体205具有特定的激光增益方向，所以，激光晶体205的增益方向也需对应激光束的偏振方向。当激光束在激光晶体205中增益放大后，经过第二二向色镜片208，传播至第一平凹全反镜206上。

本实施例中，第一平凹全反镜206仅需对激光束进行反射，而无需对泵浦光束进行反射，因此，第一平凹全反镜206可仅镀高反激光束的介质膜，激光束经第一平凹全反镜206反射后会沿原光路返回。当第一平凹全反镜206的曲率与激光束的波前曲率近似时，返回的激光束还可以获得有效的二次放大，且光束质量不会因激光晶体205的内热分布产生恶化。

由于法拉第旋光器202的非互易性，所以，当返回激光束再次通过法拉第旋光器202后，激光束的偏振方向再次旋转45度，变为垂直偏振的激光束，并在PBS镜片201的作用下折射出光路。

激光泵浦源207为激光晶体205提供放大所需的泵浦能量，且泵浦光束的波长对应激光晶体205的上能级。由于激光晶体205对该波长泵浦光束的吸收系数较小，所以，一部分泵浦光束会通过激光晶体205被第二二向色镜片208折射至第二平凹全反镜209上。

第二平凹全反镜209具有特定曲率，可使第二平凹全反镜209对泵浦光束进行收束，并在激光晶体205内部形成二次聚焦，提高激光晶体205的储能效率。同时，因为激光晶体205的两个端面均有泵浦作用，所以，可使激光晶体205内部的能量分布也较为均匀，进而实现激光在整个激光晶体205中均可以得到良好的放大效果。这可以减小晶体的实际使用长度，也避免了长晶体后半段增益效果降低的劣势。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种均匀泵浦的激光装置，其特征在于，包括平凸透镜、第一二向色镜片、激光晶体、第二二向色镜片、激光泵浦源和平凹全反镜，其中，

激光束依次经所述平凸透镜、第一二向色镜片、激光晶体、第二二向色镜片后输出，实现所述激光束的单程放大输出；

所述激光泵浦源用于为所述激光晶体提供泵浦能量，所述激光泵浦源出射泵浦光束，经所述第一二向色镜片折射至所述激光晶体，剩余所述泵浦光束通过所述激光晶体后，入射至所述第二二向色镜片，经所述第二二向色镜片折射至所述平凹全反镜后，再经所述平凹全反镜反射并经所述第二二向色镜片后入射至所述激光晶体。

2.根据权利要求1所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，激光泵浦源输出的泵浦光束的波长对应激光晶体的上能级。

3.根据权利要求1所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，所述平凹全反镜具有特定曲率，可使平凹全反镜对所述泵浦光束进行收束，并在所述激光晶体内部形成二次聚焦。

4.一种均匀泵浦的激光装置，其特征在于，包括PBS镜片、法拉第旋光器、平凸透镜、第一二向色镜片、激光晶体、第一平凹全反镜和激光泵浦源，其中，

激光束依次经所述PBS镜片、法拉第旋光器、平凸透镜、第一二向色镜片和激光晶体入射至所述第一平凹全反镜，再经所述第一平凹全反镜反射并依次经所述激光晶体、第一二向色镜片、平凸透镜、法拉第旋光器和PBS镜片后输出，实现所述激光束的双程放大输出；

所述激光泵浦源用于为所述激光晶体提供泵浦能量，所述激光泵浦源出射泵浦光束，经所述第一二向色镜片折射至所述激光晶体，剩余所述泵浦光束通过所述激光晶体后，入射至所述第一平凹全反镜，再经所述第一平凹全反镜反射至所述激光晶体。

5.根据权利要求4所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，还包括第二二向色镜片和第二平凹全反镜，其中，

所述激光束经所述激光晶体出射后，先经所述第二二向色镜片后再入射至所述第一平凹全反镜，再经所述第一平凹全反镜反射并依次经所述第二二向色镜片、激光晶体、第一二向色镜片、平凸透镜、法拉第旋光器和PBS镜片后输出，实现所述激光束的双程放大输出；

剩余所述泵浦光束通过所述激光晶体后，先经所述第二二向色镜片折射至所述第二平凹全反镜，再经所述第二平凹全反镜反射后经所述第二二向色镜片入射至所述激光晶体。

6.根据权利要求4或5所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，所述激光晶体的增益方向对应所述激光束的偏振方向。

7.根据权利要求4所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，所述第一平凹全反镜镀有所述泵浦光与激光两个波长的全反膜系。

8.根据权利要求4或5所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，所述第一平凹全反镜的曲率与所述激光束的波前曲率近似。

9.根据权利要求4或5所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，所述法拉第旋光器为45度法拉第旋光器。

10.根据权利要求4或5所述的均匀泵浦的激光装置，其特征在于，所述激光晶体为各向异性晶体。

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