CN2598214Y - 激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器，它由谐振腔、Yb：YAG晶体、KTP倍频晶体和制冷器相互连接组成，其相互连接关系为，谐振腔由反射膜片和输出腔片构成，在谐振腔内依次放置有板条状Yb：YAG晶体和KTP倍频晶体，在板条状Yb：YAG晶体两侧安装有制冷器，板条状Yb：YAG晶体的两端面均为斜面，激光二极管的发射光与板条状Yb：YAG晶体的前端面形成一入射角。本实用新型可实现接近衍射极限的激光输出，由于泵浦光全部被材料吸收利用，能获得较高的激光效率，可实现高效倍频。

Description

激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器

(一)技术领域

本实用新型涉及光电子技术领域，具体是指一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器。

(二)背景技术

LD/LDA(LD列阵)泵浦的固体激光器目前采用方案是端面轴向和侧面横向两种泵浦方式。端面轴向泵浦是将LD通过光学耦合系统从端面进入激光棒，泵浦光与激光均沿棒轴向传输，其优点是泵浦光利用率较高，易于实现激光振荡和放大，其缺点是耦合要求高，对谐振腔片必须镀双色反射膜，当泵浦光与激光波长接近时(如掺Yb³⁺材料)，能同时满足泵浦光(如980nm)增透和振荡光(如1003nm)高反的双色膜制备目前仍相当困难。侧面横向泵浦与灯泵浦相类似，即泵浦光从棒侧面横向进入激光棒，激光沿着棒轴向传输。其优点是耦合简单，适用于大面积高功率泵浦，其缺点是由于激光棒横向尺寸小，泵浦光按比尔定律吸收层厚度小，许多泵浦光漏出而不能充分利用，提高掺杂浓度增加对泵浦光的吸收系数，有利于增加泵浦光利用率，但在许多情况(如Nd³⁺∶YAG)中并不可能。以上两种泵浦方式的致命缺点在于不能克服热效应对激光输出质量的严重影响。

(三)发明内容

本实用新型就是为了解决上述现有技术中存在的不足之处，提供一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器。该激光器可以提高LD泵浦的能量转换效率，减轻热效应对输出激光的影响，以获得接近衍射极限的全偏振激光输出。

本实用新型所述的一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器，其特征是，它由谐振腔、Yb∶YAG晶体、KTP倍频晶体、制冷器和激光二极管相互连接组成，其相互连接关系为，谐振腔由反射膜片和输出腔片构成，在谐振腔内依次放置有板条状Yb∶YAG晶体和KTP倍频晶体，在板条状Yb∶YAG晶体两侧安装有制冷器，板条状Yb∶YAG晶体的两端面均为斜面，激光二极管的发射光与板条状Yb∶YAG晶体的前端面形成的入射角i为

其中，n为板材折射率，n_c为板条状Yb∶YAG晶体冷却剂的折射率，φ为板条状Yb∶YAG晶体的顶角。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.在本实用新型中，激光在工作物质内不同于过去的沿光轴传播，而是以波导方式传播，由于在板条状Yb∶YAG晶体两大面进行冷却，板条状Yb∶YAG晶体的温度分布沿中心对称，激光在弹跳一次后的热效应被抵消，因而可实现接近衍射极限的激光输出。

2.本实用新型的泵浦方式，泵浦光全部被材料吸收利用，能获得较高的激光效率。

3.本实用新型由于在激光谐振腔内有两个布儒斯特角，全偏振光有利于相匹配的KTP晶体倍频，可实现高效倍频。

(四)附图说明

图1是本实用新型的板条状Yb∶YAG晶体正视光路图；

图2是本实用新型的板条状Yb∶YAG晶体加工图；

图3是本实用新型泵浦光的入射角示意图；

图4是本实用新型的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步地详细描述。

如图1所示，设板厚度为t，板材折射率为n，激光以布儒斯特角i_B入射，则i_B＝tg^-1n，板条的顶角

                    ＝90°-i_B                   (1)激光在板内反射角(称为弹跳角)Ψ必须大于临界角为 ${\sin }^{-1}\left(\frac{1}{n}\right)$ ，即其中，n_c为板条状Yb∶YAG晶体冷却剂的折射率。设激光在板内反射(称为弹跳)N次，那么板长为 $L=t(N+1)\mathrm{ctg}\left(\frac{1}{2}{\mathrm{tg}}^{-1}n\right)......\left(3\right)$ 板长L必须满足N为偶数的要求。为了减小非冷却侧面热交换产生的边界效应对激光波面的影响，板条状Yb∶YAG晶体的宽度选取原则是必须保证两侧留有不小于板厚的非泵浦区域。

如图2所示，为了减少多次弹跳引进光束畸变，对板条状Yb∶YAG晶体加工有如下的技术要求：

对两大面A、B的技术要求：平面度N≤1，ΔN≤0.2；平等度≤10”；光洁度PIV。对端面C、D的技术要求：平面度N≤1，ΔN≤0.2；平等度≤20”；光洁度PIII。板侧面E、F用320号砂磨毛。尖角上倒棱0.1。

如图3所示，设泵浦光以i角入射，其弹跳角必须大于临界角，所以泵浦光的入射角必须满足

当用空气冷却时，对玻璃和晶体最小入射角为3～5°，i取10°已经足够了。

根据不同泵浦功率，板条两大面可采用风冷、水冷或半导体制冷等方式。

如图4所示，1是1053-527nm宽带高反射膜片，2是准直的LD泵浦光束，3是固定于一平台上、两大面用半导体制冷器8冷却的板条状Yb³⁺∶YAG晶体，4是1053nm激光振荡光束，5是通光面镀1053nm增透膜的KTP倍频晶体，6是镀1053nm高反和527nm增透膜的双色输出腔片，7是输出527nm的激光束。以板条对称中心线为光轴，其中1、2、6均固定在俯仰方位可调的二维光学微调架上，5固定在俯仰方位上下左右并沿光轴可旋转的五维的光学微调架上。根据(1)～(4)式得到如下设计参数：

工作物质折射率      n＝1.823

板条顶角            ＝28°45′

弹跳角

泵浦光最小入射角    i_min＝2.5°，取i＝10°

取弹跳次数N＝6，板厚度为1.5mm，则板长L＝17.7mm

若有效泵浦宽度为1mm，取板宽为W＝4mm。

计算得到激光阈值泵浦功率为15w/mm²，本实用新型比较适用于输出高功率激光系统。用输出功率100W、940nm带尾纤的LD，经准直后，以小于10°的入射角注入到厚度为1.5nm、长度为17.7mm、宽为4mm、顶角为28°45′、掺杂浓度浓度为10at％的Yb³⁺∶YAG板条中，激光器两谐振腔片为1053nm的高反射率平面镜，其中，输出镜镀526nm的增透膜，腔内加通光面镀1053nm增透膜、厚度为5mm的KTP倍频晶体。这一器件可望输出10瓦左右的绿光。

如上所述，即可较好地实现本实用新型。

Claims (3)

1.一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器，其特征是，它由谐振腔、Yb∶YAG晶体、KTP倍频晶体、制冷器和激光二极管相互连接组成，其相互连接关系为，谐振腔由反射膜片和输出腔片构成，在谐振腔内依次放置有板条状Yb∶YAG晶体和KTP倍频晶体，在板条状Yb∶YAG晶体两侧安装有制冷器，板条状Yb∶YAG晶体的两端面均为斜面，激光二极管的发射光与板条状Yb∶YAG晶体的前端面形成的入射角i为

其中，n为板材折射率，n_c为板条状Yb∶YAG晶体冷却剂的折射率，φ为板条状Yb∶YAG晶体的顶角。

2.根据权利要求1所述的一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器，其特征是，所述板条状Yb∶YAG晶体长度应满足激光在板内的反射次数为偶数的要求，板条状Yb∶YAG晶体宽度应保证两侧留有不小于板厚的非泵浦区域。

3.根据权利要求1所述的一种激光二极管斜面泵浦的固体板条激光器，其特征是，所述板条状Yb∶YAG晶体两大面的平面度为N≤1，ΔN≤0.2，平等度≤10”，光洁度为PIV；板条状Yb∶YAG晶体端面的平面度为N≤1，ΔN≤0.2，平等度≤20”，光洁度为PIII。

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