專利名稱：反射玻璃實現(xiàn)z形光路的板條激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于全固態(tài)固體激光器，特別是一種反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，它采用反射玻璃來實現(xiàn)激光在晶體內(nèi)沿著溫度梯度方向多次通過消除了應(yīng)力感生雙折射，同時端面鍵合未摻雜激光離子的晶體消除端面效應(yīng)，可以實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
背景技術(shù)：
工業(yè)材料加工、光譜學及激光遙感以及軍用等領(lǐng)域都需要激光器具有好的光束質(zhì)量，棒狀激光工作介質(zhì)產(chǎn)生的熱聚焦、應(yīng)力誘發(fā)的雙軸聚焦和雙折射對光束質(zhì)量產(chǎn)生嚴重的影響，板狀激光介質(zhì)熱梯度和熱致雙折射只發(fā)生在厚度方向，因此寬度方向上的偏振光沒有出現(xiàn)應(yīng)力感生的雙軸聚焦、雙折射和退偏損耗，但是板狀激光介質(zhì)仍起著圓柱薄透鏡的作用，其焦距比棒狀激光介質(zhì)的短2倍。
使光線沿著Z形光路傳播，就可以消除板中的圓柱聚焦。在Z形結(jié)構(gòu)中光束的傳播方向并不是與晶體長度方向平行，傳統(tǒng)的Z形板條狀的激光介質(zhì)利用晶體表面實現(xiàn)激光在介質(zhì)內(nèi)多次反射可以有效的減少熱致雙折射和熱畸變等熱效應(yīng)對光束質(zhì)量的影響，為了滿足光路的全反射，要求兩個大面有很高的平行度和光潔度，使加工變得很困難，同時由于端面效應(yīng)與在板的寬度內(nèi)泵浦和冷卻感生的溫度梯度，使得傳統(tǒng)的Z形板條的性能比預期的差很多。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，以解決由于晶體熱形變導致的全反射效率降低，同時解決端面效應(yīng)引起的光束質(zhì)量變差的問題，采用激光二極管泵浦能夠獲得大功率和較高的效率，同時提高光束質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，包括位于后腔鏡和前腔鏡之間的激光介質(zhì)、泵浦源、泵浦光耦合系統(tǒng)，其特征在于所述的激光介質(zhì)為長方體的薄片激光晶體板條，通過密封元件在該薄片激光晶體板條的左右兩個大面外平行地各設(shè)有一對激光波長的反射玻璃，該薄片激光晶體板條的上下面各設(shè)有一吸收體，該薄片激光晶體板條和反射玻璃之間為冷卻水通道；所述的泵浦源為雙列激光二極管陣列組成，該激光二極管陣列與所述的反射玻璃之間是柱面耦合透鏡，所述的薄片激光晶體板條的中線與所述的柱面耦合透鏡的聚焦線重合；所述的激光二極管陣列發(fā)出的泵浦光分別經(jīng)柱面耦合透鏡照射在所述的薄片激光晶體板條的左右兩側(cè)面上；所述的反射玻璃是普通K9玻璃，表面拋光，然后鍍1064nm、44°全反射膜，所述的薄片激光晶體板條端面的楔角為30°，該薄片激光晶體板條在后腔鏡和前腔鏡之間，激光垂直薄片激光晶體板條端面入射，以30°入射角射入薄片激光晶體板條的晶體和冷卻水的界面，以44°出射，然后經(jīng)過反射玻璃的反射回到晶體中，經(jīng)過多次這樣的反射最后從晶體的另一個端面垂直射出。
所述的薄片激光晶體板條的兩個大面鍍1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，兩端面鍵合有未摻雜激光離子晶體。
所述的泵浦源為快 準直的三維激光二極管陣列。
所述的固體板條激光器為平平腔，由于泵浦功率密度比較高，也可以使用其他的非穩(wěn)腔，比如同軸或離軸非穩(wěn)腔，以便有較大的模式體積，提高提取效率。
激光在晶體內(nèi)多次反射提高了提取效率，同時激光在晶體內(nèi)多次通過消除了應(yīng)力感生雙折射和熱透鏡效應(yīng)。激光二極管發(fā)出的泵浦光通過耦合系統(tǒng)進入晶體的兩個側(cè)面，采用雙側(cè)泵浦是為了提高泵浦功率同時保證晶體內(nèi)熱分布的對稱使得這種結(jié)構(gòu)能補償應(yīng)力-光學畸變。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、采用鍍有1064nm、44°全反射膜的玻璃來實現(xiàn)激光在晶體內(nèi)多的多次通過，可以使激光晶體的加工變得簡單，同時降低了激光器工作中由于激光晶體熱變形導致全反射效率降低。
2、激光晶體采用長方薄板條結(jié)構(gòu)，側(cè)面鍍有1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，同時端面通過鍵合方式與未摻雜激光離子的晶體粘在一起，消除了端面效應(yīng)，提高了光束質(zhì)量。鍵合的未摻雜激光離子的晶體楔角為30°。使用晶體較大面進行泵浦，可以提高泵浦功率能獲得更大的輸出。
3、在晶體和反射玻璃之間通過水流直接冷卻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱沉，這種冷卻方式的效率更高。
4、采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，增益介質(zhì)的體積得到充分的利用，在獲得大的輸出功率的同時有著較好的光束質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為本發(fā)明激光器較佳實施例的主視剖面圖。
圖2為圖1較佳實施例的左視剖面圖。
具體實施例方式
請參閱圖1和圖2，由圖1、圖2可以看到，本發(fā)明反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，包括位于后腔鏡2和前腔鏡3之間的激光介質(zhì)、泵浦源、泵浦光耦合系統(tǒng)，其特點是
所述的激光介質(zhì)為長方體的薄片激光晶體板條1，通過密封元件14在該薄片激光晶體板條1的左右兩個大面外平行地各設(shè)有一對激光波長的反射玻璃7、8，該薄片激光晶體板條1的上下面各設(shè)有一吸收體12、13，該薄片激光晶體板條1和反射玻璃7、8之間為冷卻水通道；所述的泵浦源為雙列激光二極管陣列6、7組成，該激光二極管陣列6、7與所述的反射玻璃7、8之間是柱面耦合透鏡4、5，所述的薄片激光晶體板條1的中線與所述的柱面耦合透鏡4、5的聚焦線重合；所述的激光二極管陣列6、7發(fā)出的泵浦光分別經(jīng)柱面耦合透鏡4、5照射在所述的薄片激光晶體板條1的左右兩側(cè)面上；所述的反射玻璃8、9，是普通K9玻璃，表面拋光，然后鍍1064nm、44°全反射膜，所述的薄片激光晶體板條1端面的楔角為30°，激光垂直薄片激光晶體板條1的端面入射，以30°入射角射入薄片激光晶體板條1的晶體和冷卻水的界面，以44°出射，然后經(jīng)過反射玻璃8、9的反射回到晶體中，經(jīng)過多次這樣的反射最后從晶體的另一個端面垂直射出。
所述的薄片激光晶體板條1的兩個大面鍍1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，兩端面鍵合有未摻雜激光離子晶體10、11。
所述的泵浦源為快軸準直的三維激光二極管陣列。激光二極管陣列6、7發(fā)出的泵浦光經(jīng)耦合透鏡4、5和反射玻璃8、9聚焦后照射在板條的兩個側(cè)面，實現(xiàn)對稱泵浦。
所述的后腔鏡2和前腔鏡3構(gòu)成同軸非穩(wěn)腔或離軸非穩(wěn)腔。本實施例中的后腔鏡2和前腔鏡3為平面鏡，構(gòu)成平平腔。激光介質(zhì)板條1的兩個大面鍍1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，以實現(xiàn)泵浦光和激光在兩個大面的透射。半導體激光泵浦源6、7為矩形半導體激光器列陣。
下面為此實施例的具體參數(shù)激光晶體為NdYAG晶體，具體尺寸為長1＝100mm、寬w＝20mm、厚d＝5mm，大面鍍1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，端面鍍1064nm的增透膜。晶體通過冷卻水直接冷卻。
兩個激光二極管陣列6、7的發(fā)光面為矩形，每個陣列有400個bar組成，在激光器輸出激光的方向長度為100mm，發(fā)散角為10°，在垂直于激光器輸出激光的方向長度為32mm，經(jīng)過微柱鏡整形后發(fā)散角為10°，發(fā)光波長808nm，為脈沖工作方式，每組峰值功率為40Kw。
在激光二極管陣列6、7之間為耦合透鏡4、5，結(jié)構(gòu)如圖2所示，耦合透鏡4、5為一柱面鏡，在泵浦光入射方向為柱形曲面，曲率半徑為50mm。柱面鏡的長寬分別為100mm和50mm，泵浦光經(jīng)過耦合透鏡4、5后被壓縮成長寬分別為100mm和20mm，耦合透鏡4、5兩面鍍808nm增透膜，透過率大于95％，晶體1放在耦合透鏡4、5的焦點上，保證足夠的泵浦功率密度。晶體1厚度方向粘上吸收體12、13用來吸收1064的激光，消除自激振蕩。
前腔鏡3、后腔鏡2都為平面鏡，后腔鏡2鍍對1064nm的全反射膜，反射率大于99.8％，前腔鏡3為輸出鏡，鍍1064nm透射率為20％的光學薄膜。
綜上所述，本發(fā)明具有加工簡單、易于散熱的特點，可以實現(xiàn)固體激光器的大功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
權(quán)利要求
1.一種反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，包括位于后腔鏡(2)和前腔鏡(3)之間的激光介質(zhì)、泵浦源，其特征在于所述的激光介質(zhì)為長方體的薄片激光晶體板條(1)，通過密封元件(14)在該薄片激光晶體板條(1)的左右兩個大面外平行地各設(shè)有一對激光波長的反射玻璃(7、8)，該薄片激光晶體板條(1)的上下面各設(shè)有一吸收體(12、13)，該薄片激光晶體板條(1)和反射玻璃(7、8)之間為冷卻水通道；所述的泵浦源為雙列激光二極管陣列(6、7)組成，該激光二極管陣列(6、7)與所述的反射玻璃(7、8)之間是柱面耦合透鏡(4、5)，所述的薄片激光晶體板條(1)的中線與所述的柱面耦合透鏡(4、5)的聚焦線重合；所述的激光二極管陣列(6、7)發(fā)出的泵浦光分別經(jīng)柱面耦合透鏡(4、5)照射在所述的薄片激光晶體板條(1)的左右兩側(cè)面上；所述的反射玻璃(8、9)，是普通K9玻璃，表面拋光，然后鍍1064nm、44°全反射膜，所述的薄片激光晶體板條(1)端面的楔角為30°，該薄片激光晶體板條(1)在后腔鏡(2)和前腔鏡(3)之間，激光垂直薄片激光晶體板條(1)端面入射，以30°入射角射入薄片激光晶體板條(1)的晶體和冷卻水的界面，以44°出射，然后經(jīng)過反射玻璃(8、9)的反射回到晶體中，經(jīng)過多次這樣的反射最后從晶體的另外一個端面垂直射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，其特征在于所述的薄片激光晶體板條(1)的兩個大面鍍1064nm、30°增透膜，808nm、0°增透膜，兩端面鍵合有未摻雜激光離子晶體(10、11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，其特征在于所述的泵浦源為快軸準直的三維激光二極管陣列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，其特征在于所述的后腔鏡(2)和前腔鏡(3)構(gòu)成同軸非穩(wěn)腔或離軸非穩(wěn)腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，其特征在于所述的后腔鏡(2)和前腔鏡(3)為平面鏡，構(gòu)成平平腔。
全文摘要
一種反射玻璃實現(xiàn)Z形光路的板條激光器，其特點是激光介質(zhì)為長方體。兩端面鍵合未摻雜的晶體，泵浦光經(jīng)過反射玻璃板和冷卻水層進入激光晶體由激光介質(zhì)吸收。激光介質(zhì)上下兩個大表面用水冷卻。激光諧振腔采用平平腔。本發(fā)明由于采用了反射玻璃板來保證激光在晶體內(nèi)多次通過，減少了傳統(tǒng)Z形板條由于晶體熱變形對激光全反射的影響，同時也降低了對晶體表面光潔度的要求，使得激光器晶體加工簡單，激光在晶體內(nèi)沿著溫度梯度方向多次通過消除了應(yīng)力感生雙折射，同時端面鍵合未摻雜的晶體易于散熱，減小了端面效應(yīng)，并且采用激光二極管陣列側(cè)面泵浦保證進一步減少廢熱在晶體內(nèi)的沉積，可以實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
文檔編號H01S3/0941GK1905292SQ200610029368
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者李勁東, 郭明秀, 付文強, 施翔春, 胡企銓 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所