側面泵浦板條波導dpal激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體激光器技術，更具體地涉及到一種側面栗浦板條波導DPAL(半導體栗浦堿金屬蒸氣激光器)激光器。
【背景技術】
[0002]DPAL激光器是一種增益介質(zhì)為蒸氣狀態(tài)堿金屬的新型光栗浦氣體激光器，增益介質(zhì)的溫度通常為100?200°C C3DPAL的增益介質(zhì)主要為蒸氣狀態(tài)的鉀、銣或銫，其能級結構如圖1所示。圖中，η是最外層電子所在電子層數(shù)，K、Rb、Cs對應的η分別為4、5、6。舊1/2為基態(tài)能級，ηΡ1/2和ηΡ3/2為最外層電子自旋-軌道相互作用而劈裂產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)能級。由基態(tài)至兩上能級的躍迀分別對應于D2和Dl線。
[0003]DPAL激光器最早是在2003年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的Krupke等人實現(xiàn)了堿金屬激光器Dl線激光輸出。這種機制的堿金屬激光器采用對應D2線波長的栗浦源栗浦，具有95%以上的量子效率，且增益介質(zhì)是氣體，熱透鏡效應不明顯。因此，DPAL激光器被認為是一種有望實現(xiàn)單口徑Mff級激光輸出的新型激光器。其在高功率輸出方面的潛力也得到了國內(nèi)外眾多高功率研發(fā)機構的關注。
[0004]2011年，通用原子公司的Zweiback等人使用替代光源研究了側面栗浦的堿金屬激光器，獲得了 75%的斜率效率，實驗驗證了側面栗浦在DPAL功率放大方面的發(fā)展?jié)摿ΑＦ浞桨傅氖疽鈭D如圖2所示。該方案選用不銹鋼作為激光頭材質(zhì)，激光頭側面分別留有尺寸為7cmX Icm的激光窗口和13cmX Icm的栗浦窗口。利用電加熱方式加熱堿金屬蒸氣室。使用翠綠寶石激光器作為栗浦光源，使用焦距為10mm和750mm兩面正交擺放的柱面透鏡構成的像散望遠鏡對翠綠寶石激光器進行光束整形，再經(jīng)過1250mm焦距的透鏡聚焦進入蒸氣室，激光輸出窗口為避免反射損失采用布儒斯特窗設計。諧振腔由曲率半徑為Im的后腔鏡和20%反射率的耦合輸出鏡構成。
[0005]但是，上述方案還存在以下技術缺陷:
[0006](I)圖2所示的方案，蒸氣室內(nèi)僅有焦點位置處形成增益區(qū)域，激活體積小，未能對蒸氣室中堿金屬原子進行有效利用；
[0007](2)蒸氣室與加熱裝置之間放置相對松散，不能進行有效的熱管理；
[0008](3)整形光路長，元件多，系統(tǒng)復雜，不利于實現(xiàn)小型化；
[0009](4)采用穩(wěn)定腔設計，模式匹配差，不利于高光束質(zhì)量輸出。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種側面栗浦板條波導DPAL激光器。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的側面栗浦板條波導DPAL激光器，包括LD栗浦模塊L、LD栗浦模塊R、光導管L、光導管R和一維波導諧振腔，其中:
[0012]所述一維波導諧振腔上設置有栗浦窗口L和栗浦窗口 R;
[0013]所述LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R具有相同的結構，均由半導體激光器疊陣或半導體激光器陣列組成；
[0014]所述光導管L和光導管R具有相同的結構，且所述光導管L位于所述LD栗浦模塊L與所述一維波導諧振腔的栗浦窗口L之間，所述光導管R位于所述LD栗浦模塊R與所述一維波導諧振腔的栗浦窗口 R之間；栗浦光由所述LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R發(fā)出，分別經(jīng)過所述光導管L和光導管R匯聚勻化之后進入所述一維波導諧振腔；
[0015]其中，所述LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R、所述光導管L和光導管R均相對于所述一維波導諧振腔對稱放置;以及
[0016]所述LD栗浦模塊L與所述LD栗浦模塊R的各半導體激光器疊陣或線陣擺放于以各自方向的所述一維波導腔的栗浦窗口為中心的球面上，方向指向所述栗浦窗口。
[0017]其中，所述光導管L和光導管R采用實心或空心光導管結構，所述栗浦光在其側壁上的反射率至少大于90%。
[0018]其中，所述一維波導諧振腔包括上下波導壁板、全反前腔鏡、全反后腔鏡、輸出耦合鏡及栗浦窗口，其中所述上下波導壁板的間距為0.5-2.5mm。
[0019]其中，緊貼所述一維波導諧振腔的上下波導壁板還設置有控溫裝置，且所述控溫裝置與所述一維波導諧振腔實現(xiàn)一體化。
[0020]其中，所述一維波導諧振腔的蒸氣室內(nèi)充有用于碰撞加寬的氖氣、氬氣或氦氣和用于加快精細結構混合速率的烷烴類氣體。
[0021]基于上述技術方案可知，本發(fā)明的激光器具有如下優(yōu)點及有益效果:
[0022]a、采用雙邊側面栗浦模式，由于栗浦光不直接照射激光輸出窗口，大大減小了高功率密度栗浦光與烷烴類混充氣體反應生成的碳粒污染激光輸出窗口片的可能性；
[0023]b、利用光導管實現(xiàn)栗浦光耦合，光導管集成了栗浦光匯聚、栗浦光耦合和栗浦光勻化三重作用，不僅簡化了光束整形過程，還可以在一定程度上避免由于半導體激光器堆疊方式帶來的栗浦光分布不均勻的問題；
[0024]c、采用一維波導的結構，回避了半導體激光器快慢軸光束質(zhì)量差且不一致和光束分布均勻性差的缺點，從而大大簡化了對半導體激光器光束整形的要求，也為多陣列半導體激光器進行高功率栗浦提供了有效的解決方案；
[0025]d、在橫向方向采用非穩(wěn)腔設計，可以充分利用增益區(qū)的橫向寬度，并且還可以得到接近衍射極限的準直激光輸出；通過這種方式將依賴增加腔長以提高激光功率的“線增比”手段轉變?yōu)椤懊嬖霰取奔夹g，不僅可以增大增益區(qū)間的利用率，為DPAL高功率輸出提供了可行的技術路線，還可以簡化對半導體激光器陣列光束整形的步驟；
[0026]e、控溫裝置與波導結構緊密貼合，一方面可使加熱過程更加有效且均勻，另一方面也使整個裝置更加緊湊；
[0027]f、整個裝置采用模塊化思想，栗浦模塊的數(shù)量可以在光導管耦合方案的承受能力之上增加；
[0028]g、本發(fā)明適用于多種光栗氣體激光器，舉例來說，蒸氣室內(nèi)的緩沖氣體更換為氖氣、氦氣等惰性氣體，將與堿金屬蒸氣形成寬帶栗浦堿金屬準分子激光器(XPAL)系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0029]圖1為現(xiàn)有技術中的堿金屬蒸氣激光器的能級結構示意圖；
[0030]圖2為現(xiàn)有技術中典型的側面栗浦DPAL激光器；
[0031 ]圖3為本發(fā)明的側面栗浦板條波導DPAL激光器的裝置俯視圖；
[0032]圖4為本發(fā)明的側面栗浦板條波導DPAL激光器的裝置側視圖；
[0033]圖5為本發(fā)明的側面栗浦板條波導DPAL激光器的一維波導諧振腔示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0035]本發(fā)明公開了一種側面栗浦板條波導DPAL激光器，包括LD栗浦模塊L、LD栗浦模塊R、光導管L、光導管R和一維波導諧振腔，其中:
[0036]—維波導諧振腔上設置有栗浦窗口 L和栗浦窗口 R;
[0037]LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R具有相同的結構，均由半導體激光器疊陣或半導體激光器陣列組成；
[0038]光導管L和光導管R具有相同的結構，且光導管L位于LD栗浦模塊L與一維波導諧振腔的栗浦窗口 L之間，光導管R位于LD栗浦模塊R與一維波導諧振腔的栗浦窗口 R之間；栗浦光由LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R發(fā)出，分別經(jīng)過光導管L和光導管R匯聚勻化之后進入一維波導諧振腔；
[0039]其中，LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R、光導管L和光導管R均相對于一維波導諧振腔對稱放置；以及
[0040]LD栗浦模塊L與LD栗浦模塊R的各半導體激光器疊陣或線陣擺放于以各自方向的一維波導腔的栗浦窗口為中心的球面上，方向指向所述栗浦窗口。
[0041 ]作為優(yōu)選，一維波導諧振腔采用非穩(wěn)-波導混合腔結構。
[0042]作為優(yōu)選，該DPAL激光器輸出的栗浦光的波長與一維波導諧振腔內(nèi)堿金屬原子的nPi/2—nSi/2躍迀對應的波長相同，栗浦光的線寬與一維波導諧振腔的堿金屬蒸氣室內(nèi)緩沖氣體加寬后的堿金屬原子的nS1/2—nP3/2躍迀譜線線寬相匹配。
[