CN219874442U - 一种侧泵固体激光器相干合束装置 - Google Patents
一种侧泵固体激光器相干合束装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN219874442U CN219874442U CN202320721364.3U CN202320721364U CN219874442U CN 219874442 U CN219874442 U CN 219874442U CN 202320721364 U CN202320721364 U CN 202320721364U CN 219874442 U CN219874442 U CN 219874442U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- beam combining
- light
- stage
- mirror
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 34
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 33
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 33
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 12
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims description 12
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 9
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 16
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种侧泵固体激光器相干合束装置，包括3n个侧面泵浦激光输出单元、n级合束组件和激光输出镜；每三个侧面泵浦激光输出单元为一组，同一组的三个侧面泵浦激光输出单元的激光通过一个第一级合束组件合束，共形成3n‑1路一级合束光；每三路一级合束光为一组，同一组的三路一级合束光通过一个第二级合束组件合束，共形成3n‑2路一级合束光；以此类推，直至经第n级合束组件合束为一路n级合束光，n级合束光通过所述激光输出镜输出。本实用新型采用了腔内合束法，通过内部被动相位调制，将3n路激光合束为一路并从唯一输出镜出射光路，结构相对简单，不需要偏振或相位控制，运行稳定，易于实现多光束合束。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种侧泵固体激光器相干合束装置。
背景技术
激光技术从1960年第一台激光器诞生以来，人们从未放弃对于追求更大功率，更窄脉宽，突破衍射极限的更小聚焦范围而努力。发展到二十世纪来，固体激光器逐渐在工业中替代了功率高但是体积巨大的气体激光器，同时为了满足精加工快速加工的需要，光纤激光器又异军突起，凭借体积与操作性占领了超快加工的市场。但是针对工业与科研中对于更大功率的需求，光纤激光器需要克服光纤非线性效应与相位差值补偿，理论复杂；相比下固体激光器调制相位相对简单，同时可以向半导体激光器类比通过多晶体输出将需求的能量分配到多个晶体上，可以有效降低晶体热效应带来的相位失调以及均衡畸变差异。在腔内进行固体激光器合束对晶体工作状态一致性要求较高，故选择侧泵泵浦能够减小相干匹配对合束的影响。
在现有固体激光器相干合束中，主要方法包括：腔外设计光路合束、相位板控制与光栅合束。两者操作较为复杂，腔外通过设计光路合束镜片多，在多单元结合合束过程中调节困难；相位控制与光栅合束需要分束镜进行相位对比和分析，由于分束镜和探测设备损伤阈值比常规镀膜镜片低，在高功率需求中不得不减少每个单元的最大功率，系统转换效率与性价比大大降低。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种侧泵固体激光器相干合束装置，实现简单，易于完成多光束的相干合成输出，能够解决大功率固体激光器合束过程中出现的热稳定性差、多谐振腔的合束相位控制的方法复杂的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种侧泵固体激光器相干合束装置，包括3n个侧面泵浦激光输出单元、n级合束组件和激光输出镜，n为大于0的正整数，第一级合束组件有3n-1个，下一级合束组件的个数为上一级合束组件个数的三分之一；每三个侧面泵浦激光输出单元为一组，同一组的三个侧面泵浦激光输出单元的激光通过一个第一级合束组件合束，共形成3n-1路一级合束光；每三路一级合束光为一组，同一组的三路一级合束光通过一个第二级合束组件合束，共形成3n-2路一级合束光；以此类推，直至经第n级合束组件合束为一路n级合束光，n级合束光通过所述激光输出镜输出。
作为实施方式之一，每一级合束组件均包括两个激光反射镜和一个镀膜透镜，中间的一路光由镀膜透镜透射，一侧的一路光经其中一个激光反射镜反射后被镀膜透镜反射，另一侧的一路光经另外一个激光反射镜反射后被镀膜透镜透射，三路光经镀膜透镜合束为一路。
作为实施方式之一，两个激光反射镜均为45°反射镜，且两个激光反射镜的镜面垂直；所述镀膜透镜的镜面与其中一个激光反射镜的镜面平行。
作为实施方式之一，所述激光反射镜的两面均镀有对工作基频光的反射率大于99%的光学膜层。
作为实施方式之一，所述镀膜透镜的两面均镀有对工作基频光的透射率和反射率一定的光学膜层。
作为实施方式之一，所述侧面泵浦激光输出单元包括全反镜和激光晶体及侧泵泵浦模块，泵浦光经所述全反镜反射后入射至所述激光晶体及侧泵泵浦模块后产生激光。
作为实施方式之一，同一组的三个侧面泵浦激光输出单元中，中间的侧面泵浦激光输出单元的所述激光晶体及侧泵泵浦模块与第一级合束组件的镀膜透镜之间的距离大于两侧的侧面泵浦激光输出单元的所述激光晶体及侧泵泵浦模块与对应的第一级合束组件的激光反射镜之间的距离。
作为实施方式之一，所述全反镜的两面均镀有对工作基频光的反射率大于99%的光学膜层。
作为实施方式之一，所述激光输出镜的一面镀有对工作基频光的透射率为30%到90%的光学膜层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
（1）本实用新型的侧泵固体激光器相干合束装置采用了腔内合束法，3n个侧面泵浦激光输出单元通过n级合束组件内部被动相位调制后，合束为一路n级合束光，并从唯一输出镜出射光路结构相对简单，不需要偏振或相位控制，运行稳定，易于实现多光束的相干合成输出；
（2）本实用新型可以减少每个激光晶体的功率配比以避免热透镜效应，能在获得大功率合束输出同时保持一定的光束质量；
（3）相比需要严格监控和控制相位的光纤激光器相差控制系统和光路复杂的多光腔腔外合束，本实用新型在腔内被动调制，通过控制镀膜透镜的透过率与反射率达到输出稳定，旁瓣小的大功率激光。
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它的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的侧泵固体激光器相干合束装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二提供的侧泵固体激光器相干合束装置的结构示意图；
图中：11、全反镜；12、激光晶体及侧泵泵浦模块；21、一级激光反射镜I；22、一级激光反射镜II；23、一级镀膜透镜；31、二级激光反射镜I；32、二级激光反射镜II；33、二级镀膜透镜；41、激光输出镜。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-图2所示，本实用新型实施例提供一种侧泵固体激光器相干合束装置，包括3n个侧面泵浦激光输出单元、n级合束组件和激光输出镜41，n为大于0的正整数，第一级合束组件有3n-1个，下一级合束组件的个数为上一级合束组件个数的三分之一；每三个侧面泵浦激光输出单元为一组，同一组的三个侧面泵浦激光输出单元的激光通过一个第一级合束组件合束，共形成3n-1路一级合束光；每三路一级合束光为一组，同一组的三路一级合束光通过一个第二级合束组件合束，共形成3n-2路一级合束光；以此类推，直至经第n级合束组件合束为一路n级合束光，n级合束光通过所述激光输出镜41输出。本实施例采用腔内合束的方式，可以实现3n个侧面泵浦激光输出单元相干合束使用同一片输出镜进行输出，光路结构相对简单，不需要偏振或相位控制，运行稳定，易于实现多单元合束，减少了每个晶体的功率配比以避免热透镜效应，能在获得大功率合束输出同时保持一定的光束质量。
本实施例中，n级合束组件包括第一级合束组件、第二级合束组件...第n级合束组件（n为大于0的正整数）。每三个侧面泵浦激光输出单元通过一个第一级合束组件组成一个更大功率的一级合束光输出单元，每三个一级合束光输出单元又通过一个第二级合束组件组成一个更大功率的二级合束光输出单元，以此类推，直至通过第n级合束组件合束为一路更大功率的n级合束光。在需求更大的总输出功率时，可以通过增加侧面泵浦激光输出单元的个数来减少每个侧面泵浦激光输出单元所需提供的功率，以避免激光晶体过热而损坏或出现热透镜现象。
作为实施方式之一，每一级合束组件均包括两个激光反射镜和一个镀膜透镜，中间的一路光由镀膜透镜透射，一侧的一路光经其中一个激光反射镜反射后被镀膜透镜反射，另一侧的一路光经另外一个激光反射镜反射后被镀膜透镜透射，三路光经镀膜透镜合束为一路。如图1和图2所示，每个第一级合束组件均包括一个一级激光反射镜I 21、一个一级激光反射镜II 22和一个一级镀膜透镜23；每个第二级合束组件均包括一个二级激光反射镜I 31、一个二级激光反射镜II 32和一个二级镀膜透镜33，其他以此类推。
优化上述实施例，每一级合束组件的两个激光反射镜均为45°反射镜，且两个激光反射镜的镜面垂直；所述镀膜透镜的镜面与其中一个激光反射镜的镜面平行，与另一个激光反射镜的镜面垂直，且镀膜透镜位于两个激光反射镜之间。
进一步地，所述激光反射镜的两面均镀有对工作基频光的反射率大于99%的光学膜层。
进一步地，所述镀膜透镜的两面均镀有光学膜层，镀膜参数相同，对工作基频光的透射率T和反射率R一定，且T+R=1，存在一个最佳透射率使得激光输出单元效率最高。具体是根据激光晶体类型、侧泵泵浦能量分布以及光路长路，结合晶体工作物质的能级速率方程和边界调节计算能够得到一个最佳的透过率T，使得三个基本激光输出单元模式竞争较少，增益曲线稳定，得到稳定的高效率相干光束。
优化上述实施例，所述侧面泵浦激光输出单元包括全反镜11和激光晶体及侧泵泵浦模块12，泵浦光经所述全反镜11反射后入射至所述激光晶体及侧泵泵浦模块12后产生激光。本实施例的每个激光晶体及侧泵泵浦模块12的激光晶体参数与对应侧泵泵浦模块参数应相同，以保证晶体的热稳态和激发状态相同；激光晶体采用侧泵方式泵浦输出，在节省光路同时保证激光晶体之间的状态一定，减小相干匹配的影响，使系统能够被动调制输出相干的激光。
本实施例中，同一组的三个侧面泵浦激光输出单元中，中间的侧面泵浦激光输出单元产生激光直接进入镀膜透镜，两侧的侧面泵浦激光输出单元产生激光先射入对应的激光反射镜，再反射至镀膜透镜，为补偿中间位置的侧面泵浦激光输出单元缺少光路转折造成的总光程差，应当计算并控制中间位置侧面泵浦激光输出单元的光路长度使其与两侧侧面泵浦激光输出单元的总光程在经过镀膜透镜透射或反射后都相等，因此本实施例使中间的侧面泵浦激光输出单元的所述激光晶体及侧泵泵浦模块12与第一级合束组件的镀膜透镜之间的距离大于两侧的侧面泵浦激光输出单元的所述激光晶体及侧泵泵浦模块12与对应的第一级合束组件的激光反射镜之间的距离，以保证三路激光的总光程相同。
进一步地，所述全反镜11的两面均镀有对工作基频光的反射率大于99%的光学膜层。
进一步地，所述激光输出镜41的一面镀有对工作基频光的透射率为30%到90%的光学膜层，根据激光谐振原理，存在一个最佳透过率，使得相干合束后的激光最大效率输出到腔外。
本实施例中，每级合束组件的镀膜透镜透射率相同，激光输出镜41的最佳透过率也不随晶体增加而改变，实际操作时，可以根据实际使用参数优化计算镀膜透镜的透过参数，或者采用其他可选镀膜方式，只要能够保证各个单元谐振光路总光程相同，能够在腔内被动调制使得谐振基频光相位差恒定即可。
下面以三块激光晶体和九块激光晶体的相干合束为例进行说明，在极限条件下，可以扩大激光晶体数量到3n个。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种侧泵固体激光器相干合束装置，包括三个侧面泵浦激光输出单元、一个一级激光反射镜I 21、一个一级激光反射镜II 22、一个一级镀膜透镜23和一个激光输出镜41，一侧的侧面泵浦激光输出单元通过一级激光反射镜I 21、一级镀膜透镜23和激光输出镜41构成一个基本振荡光路，另一侧的侧面泵浦激光输出单元通过一级激光反射镜II 22、一级镀膜透镜23和激光输出镜41构成一个基本振荡光路，特殊的，中间的侧面泵浦激光输出单元不通过一级激光反射镜，直接通过一级镀膜透镜23和激光输出镜41构成振荡光路。其中，每个侧面泵浦激光输出单元都包括全反镜11和激光晶体及侧泵泵浦模块12，泵浦光经全反镜11反射后入射至激光晶体及侧泵泵浦模块12后产生激光。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种侧泵固体激光器相干合束装置，包括九个侧面泵浦激光输出单元、三个一级激光反射镜I 21、三个一级激光反射镜II 22、三个一级镀膜透镜23、一个二级激光反射镜I 31、一个二级激光反射镜II 32、一个二级镀膜透镜33和激光输出镜41；每个侧面泵浦激光输出单元都包括全反镜11和激光晶体及侧泵泵浦模块12，泵浦光经全反镜11反射后入射至激光晶体及侧泵泵浦模块12后产生激光，九个侧面泵浦激光输出单元按照每三个侧面泵浦激光输出单元为一组，共分为三组，每组对应一个一级激光反射镜I 21、一个一级激光反射镜II 22和一个一级镀膜透镜23，每组的三个侧面泵浦激光输出单元分别产生三路激光，一组的三路激光中，其中一路激光经一级激光反射镜I 21反射、一级镀膜透镜23反射，另一路激光经一级激光反射镜II 22反射、一级镀膜透镜23透射，还有一路激光直接由一级镀膜透镜23透射，三路激光经一级镀膜透镜23合束为一路一级合束光；三组侧面泵浦激光输出单元共产生三路一级合束光，其中一路一级合束光经二级激光反射镜I 31反射、二级镀膜透镜33反射，另一路一级合束光经二级激光反射镜II 32反射、二级镀膜透镜33透射，还有一路一级合束光直接由二级镀膜透镜33透射，三路一级合束光经二级镀膜透镜33合束为一路二级合束光，二级合束光通过激光输出镜41输出。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (9)
1.一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：包括3n个侧面泵浦激光输出单元、n级合束组件和激光输出镜，n为大于0的正整数，第一级合束组件有3n-1个，下一级合束组件的个数为上一级合束组件个数的三分之一；每三个侧面泵浦激光输出单元为一组，同一组的三个侧面泵浦激光输出单元的激光通过一个第一级合束组件合束，共形成3n-1路一级合束光；每三路一级合束光为一组，同一组的三路一级合束光通过一个第二级合束组件合束，共形成3n-2路一级合束光；以此类推，直至经第n级合束组件合束为一路n级合束光，n级合束光通过所述激光输出镜输出。
2.如权利要求1所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：每一级合束组件均包括两个激光反射镜和一个镀膜透镜，中间的一路光由镀膜透镜透射，一侧的一路光经其中一个激光反射镜反射后被镀膜透镜反射，另一侧的一路光经另外一个激光反射镜反射后被镀膜透镜透射，三路光经镀膜透镜合束为一路。
3.如权利要求2所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：两个激光反射镜均为45°反射镜，且两个激光反射镜的镜面垂直；所述镀膜透镜的镜面与其中一个激光反射镜的镜面平行。
4.如权利要求2所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：所述激光反射镜的两面均镀有对工作基频光的反射率大于99%的光学膜层。
5.如权利要求2所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：所述镀膜透镜的两面均镀有对工作基频光的透射率和反射率一定的光学膜层。
6.如权利要求1所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：所述侧面泵浦激光输出单元包括全反镜和激光晶体及侧泵泵浦模块，泵浦光经所述全反镜反射后入射至所述激光晶体及侧泵泵浦模块后产生激光。
7.如权利要求6所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：同一组的三个侧面泵浦激光输出单元中，中间的侧面泵浦激光输出单元的所述激光晶体及侧泵泵浦模块与第一级合束组件的镀膜透镜之间的距离大于两侧的侧面泵浦激光输出单元的所述激光晶体及侧泵泵浦模块与对应的第一级合束组件的激光反射镜之间的距离。
8.如权利要求6所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：所述全反镜的两面均镀有对工作基频光的反射率大于99%的光学膜层。
9.如权利要求1所述的一种侧泵固体激光器相干合束装置，其特征在于：所述激光输出镜的一面镀有对工作基频光的透射率为30%到90%的光学膜层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320721364.3U CN219874442U (zh) | 2023-04-04 | 2023-04-04 | 一种侧泵固体激光器相干合束装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320721364.3U CN219874442U (zh) | 2023-04-04 | 2023-04-04 | 一种侧泵固体激光器相干合束装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219874442U true CN219874442U (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=88339874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320721364.3U Active CN219874442U (zh) | 2023-04-04 | 2023-04-04 | 一种侧泵固体激光器相干合束装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219874442U (zh) |
-
2023
- 2023-04-04 CN CN202320721364.3U patent/CN219874442U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7289548B2 (en) | Laser oscillator incorporating transverse mode rotation in the laser resonator | |
| CN110277726B (zh) | 一种声光调q紫外激光器 | |
| CN109149346B (zh) | 一种实现能量逆转换腔内调控的多光参量振荡器 | |
| CN109586150B (zh) | 一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器 | |
| CN216850735U (zh) | 一种窄线宽双波长固体激光器 | |
| CN106814516A (zh) | 一种泵浦谐振的连续波光参量振荡器 | |
| CN101483317A (zh) | 一种半导体激光器的泵浦方式 | |
| CN210379758U (zh) | 一种声光调q紫外激光器 | |
| CN103199427B (zh) | 一种内腔单谐振光学参量振荡器 | |
| CN104600552A (zh) | 一种单晶金刚石连续波可调谐深紫外激光器 | |
| CN219874442U (zh) | 一种侧泵固体激光器相干合束装置 | |
| CN111029893A (zh) | 双波长交替调q单纵模输出群脉冲激光器及激光输出方法 | |
| CN109638631B (zh) | 一种外腔半导体激光阵列相干合束方法和装置 | |
| CN112290360A (zh) | 一种双波长自由控制输出激光器 | |
| CN114243434B (zh) | 一种基于增益剪裁调控的多波长中红外光参量振荡器 | |
| CN115084980A (zh) | 高功率纳秒腔外五倍频激光器 | |
| CN115966995A (zh) | 一种基于半共聚焦腔的窄线宽外腔激光装置 | |
| CN102263364A (zh) | 泵浦光高效利用的端面泵浦激光器 | |
| CN102044831B (zh) | 一种多光程薄片式激光振荡器 | |
| CN221262952U (zh) | 一种低噪声激光器 | |
| CN201918634U (zh) | 一种多光程薄片式激光振荡器 | |
| CN220401096U (zh) | 高功率单频腔内五倍频激光器 | |
| CN215989629U (zh) | 一种基于半共聚焦腔的窄线宽外腔激光装置 | |
| CN1694317A (zh) | 一种腔内倍频全固态激光器及其噪声消除方法 | |
| CN104466648A (zh) | 一种提高下转换效率的内腔光学参量振荡器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |