CN2615925Y - 半导体泵浦高重频固体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体泵浦高重频固体激光器，属于光电技术领域。本实用新型由大功率光纤耦合半导体激光器的泵浦源，折射率梯度透镜，激光晶体，被动调晶体和腔镜等构成。梯度透镜取代现有技术的透镜组完成聚焦功能，在梯度透镜的两端面各设置了一个金属热片，两个腔镜组成直线形的谐振腔。泵浦源依次通过金属垫片，梯度透镜，把泵浦光聚焦在激光晶体上，在谐振腔中形成波长1064nm的激光振荡，经调Q晶体调Q，通过输出腔镜输出激光。本实用新型具有设计新颖，结构紧凑，无液冷、无需电子驱动源、性能良好、效率高，可以实现低至1ns的脉冲宽度、高至300KHz的重频等特点。本实用新型可广泛应用于军事、科研、材料表面处理、标记、光物质反应等领域。

Description

半导体泵浦高重频固体激光器

                          技术领域

本实用新型涉及一种半导体泵浦固体激光器，特别是涉及一种半导体泵浦高重频固体激光器，属于光电技术领域。

                          背景技术

随着激光技术的不断发展，其应用领域愈来愈广泛，同时，对激光参数的要求也越来越高。为了获得高的峰值功率，需要利用调Q技术。调Q技术包括转镜调Q、染料调Q、电光调Q、声光调Q等。目前，最常用的调Q方式为声光调Q和电光调Q，声光调Q工作稳定，寿命长，一般脉冲宽度可达到数十纳秒(ns)重复频率(重频)不高于50KHZ；电光调Q的优点是可以得到更窄的激光脉冲和更高的重频，但电光晶体容易衰退和潮解，影响使用寿命。这两种调Q方式都要使用电子驱动泵，称为主动调Q。最近发展出现一种利用晶体的吸收饱和效应进行调Q的技术，例如使用Cr:YAG晶体，其作用机理就是利用饱和吸收效应，不需要外加的驱动源控制，故称为被动调Q技术。被动调Q与主动调Q相比，晶体的被动调Q可以得到更窄的脉冲宽度，更高的重频，且工作稳定、寿命长。因此，在材料处理，激光测距，激光干扰等领域得到了广泛的应用。反观主动调Q，获得的脉冲激光由于调制器的种种原因，脉冲频率只能达到50KHZ的水平，不能满足更高频率的要求；主动调Q不仅器件本身体积大，造价高，而且驱动源体积大，造价高，有时尚需水冷系统，这样就限制其在很多特殊领域的应用。

                          发明内容

本实用新型的目的，就是为了克服现有技术的缺陷，利用被动调Q的方式对半导泵浦固体激光器进行调Q，提供一种高重复频率、窄脉冲宽度的半导体泵浦固体激光器。

为了实现上述目的，本实用新型所涉及的半导体泵浦高重频固体激光器的技术方案是这样的：它由大功率光纤耦合半导体激光器作为泵浦源，聚焦系统、激光晶体，被动调Q晶体，腔镜等构成。其特征是：聚焦系统为一个自聚焦透镜(即折射率梯度透镜)，在自聚焦透镜的两个端面分别设置了一个金属垫片；两个腔镜组成谐振腔，其中一个腔镜直接镀在激光晶体的端面上，膜层要求为808nm增透，1064高反，另一个腔镜为独立的部分反射镜即输出腔镜，膜层要求为1064nm的反射率为予定值。泵浦源依次通过金属垫片，折射率梯度透镜和另一个金属垫片，把泵浦光聚焦在激光晶体上，在两个腔镜组成的谐振腔中，形成波长为1064nm的激光振荡。经被动调Q晶体调Q，并通过输出腔镜输出激光。

本实用新型所称的半导体泵浦高重频固体激光器，其特征是，两个腔镜组成的谐振腔为直线腔。

本实用新型所称的固体激光器，其特征是，输出腔镜可以是凹面镜，亦可以是平面镜或凸面镜。

本实用新型所称的固体激光器，其特征是，被动调Q晶体可以是单块晶体，也可以是多块晶体首尾依次摆放组成。

本实用新型仅用一个自聚焦透镜(折射率梯度透镜)即可完成所需的聚焦功能，其优点是调节泵浦点参数简单易行，由于折射率梯度透镜的数值孔径大，避免了使用常规透镜组引起的损耗，有效地提高泵浦光的使用效率。

本实用新型通过选择不同厚度的金属垫片，可以改变泵浦光在激光晶体内的大小和位置，从而达到选模，改变峰值功率等目的。

本实用新型中采用了被动调Q方式实现脉冲调制。被动调Q晶体是一种含有饱和吸收功能的掺杂的光学晶体，其透射率会随着能量密度的增大而增大，如图2所示。当达到某一个很高值时，透射率P稳定在一个很高值，即材料变得透明。根据这一效应。被动调Q晶体在泵浦刚开始会阻止激光振荡产生，从而实现激光上能级的粒子数快速积累。随着激光晶体中的粒子数反转的增加，激光的增益系数渐渐增大并大于腔内损耗，开始出现激光振荡，且腔内激光光强快速增加，反过来导致被动调Q晶体的透射率增加，出现所谓的漂白现象。此时损耗很低，从而输出高功率脉冲。随着激光上能级粒子数的减少，增益减小，激光光强变小，被动调Q晶体的损耗变大，最终导致激光输出的停止，完成一个激脉冲的产生。上述过程不停的重复，主产生了脉冲系列。脉冲的宽度取决于调Q晶体的初始透射率以及激光谐振腔的长度；脉冲的峰值功率取决于调Q晶体的初始透射率及泵浦光的大小；脉冲重频取决于调Q晶体的初始透射率，泵浦光强度以及输出腔镜的反射率。

本实用新型所称的半导体泵浦高重频固体激乐器，具有设计新颖、结构合理、紧凑小巧、无液冷(全部采用风冷)，无需电子驱动源，可实现模块化，小型化，工业化的批量生产等特点；具有工作效率高、可以实现窄到1ns的脉冲宽度，高至300KHZ以上的重频，运行稳定，性能良好，操作简便，易于推广；本实用新型可广泛应用于军事(如红外对抗、红外干扰)，科研、材料加工(如表面处理、标记、光物质反应)等领域。

                          附图说明

图1：半导体泵浦高重频固体激光器结构示意图；

图2：被动调Q晶体的透射率随透射光的能量密茺的变化曲线示意图。

                        具体实施方式

本实用新型所称的半导体泵浦高重频固体激光器的具体实施方式，结合附图1至2详细叙述如下：

实施例1：本实用新型所称的固体激光器由大功率光纤耦合半导体激光器作为泵浦源1、折射率梯度透镜3、激光晶体6、被动调Q晶体7、腔镜5和腔镜8等构成。在梯度透镜3的两个端面他别设置金属垫片2和金属垫片4；腔镜5和腔镜8组成的谐振腔为直线腔；腔镜5直接镀在激光晶体6的端面上，膜层要求为808nm增透，1064nm高反；腔镜8为独立的部分的射镜，膜层要求为1064nm的反射率为予定值，即反射率为75％，腔镜8即输出镜8是一个平面镜；泵浦源1依次通过金属垫片2，折射率梯度透镜3和金属垫片4，把泵浦光聚焦在激光晶体6上，在谐振腔中，形成波长为1064nm的激光振荡，经被动调Q晶体7调Q，通过输出腔镜8输出激光9。本实用新型的泵浦源1的光纤芯径为400μm(微米)，数值孔径为0.22，选取垫片2的厚度为1.6mm，垫片4厚度为0，调Q晶体7为Cr:YAG，初始透射率为90％，腔长为16mm，依据上述参数在泵浦为20W时可得到重复频率为150KHZ的脉冲激光，1064nm激光平均输出功率为5W，脉冲宽度为5nm(纳米)。

实施例2：本实施例的技术方案与实施例1相同。但是选取的参数不尽相同。泵浦源1芯径为400μm(微米)，数值孔径为0.22；垫片2的厚度取1.66mm，垫片4的厚度为0.5mm，调Q晶体7为Cr:YAG，其初始透射率为95％；输出镜8为平面镜，其反射率为80％，腔长为13mm，得到的重复频率为200KHZ的脉冲激光，1064nm激光平均输出功率为5.6W、脉冲宽度为4nm。

Claims (4)

1、一种半导体泵浦高重频固体激光器，由大功率光纤耦合半导体激光器作为泵浦源(1)、聚焦系统、激光晶体(6)、被动调Q晶体(7)、腔镜(5)和腔镜(8)等构成，其特征是：聚焦系统是一个折射率梯度透镜(3)，在梯度透镜(3)的两个端面分别设置了金属垫片(2)和(4)，腔镜(5)和腔镜(8)组成谐振腔；腔镜(5)直接镀在激光晶体(6)的端面上，膜层要求为808nm增透，1064nm高反；腔镜(8)为独立的部分反射镜，膜层要求为1064nm的反射率为予定值；泵浦源(1)依次通过金属垫片(2)、折射率梯度透镜(3)和金属垫片(4)，把泵浦光聚焦在激光晶体(6)上，在腔镜(5)和腔镜(8)组成的谐振腔中，形成波长为1064nm的激光振荡，经被动调Q晶体(7)调Q，并通过输出腔镜(8)输出激光(9)。

2、根据权利要求1所述的半导体泵浦高重频固体激光器，其特征是：腔镜(5)和腔镜(8)组成的谐振腔为直线腔。

3、根据权利要求1或2所述的半导体泵浦高重频固体激光器，其特征是：输出腔镜(8)可以是凹面镜，亦可以是平面镜或凸面镜。

4、根据权利要求1所述的半导体泵浦高重频固体激光器，其特征是：被动调Q晶体(7)可以是单块晶体，也可以是多块晶体首尾依次摆放组成。

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