一种多路末端泵浦薄片固体激光器

摘要

本发明涉及一种多路末端泵浦薄片固体激光器，包括：第一全反镜(1)、二色镜I(2)、晶体薄片(3)、二色镜II(4)、二色镜III(5)、二色镜IV(6)和输出镜(7)；所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光均为790nm半导体激光器形成的泵浦光，所述晶体薄片(3)为Tm:YLF晶体，所述振荡光为1908nm激光；所述第一全反镜(1)镀1908nm高反膜，所述二色镜I(2)、二色镜II(4)、二色镜III(5)、二色镜IV(6)镀1908nm高反且790nm高透膜，所述输出镜(7)镀1908nm部分透射膜；所述晶体薄片(3)所有通光面镀790nm、1908nm高透膜。本发明能够使薄片激光器光束质量提高、出光功率增加。

权利要求

1.一种多路末端泵浦薄片固体激光器，其特征在于，包括：

第一全反镜(1)、二色镜I(2)、晶体薄片(3)、二色镜II(4)、二色镜III(5)、二色镜IV(6)和输出镜(7)；

第一泵浦光经耦合后，透射过二色镜I(2)射入晶体薄片(3)，形成振荡光，振荡光经二色镜II(4)全反射到二色镜III(5)，又经二色镜III(5)全反射到二色镜IV(6)，经二色镜IV(6)全反射后从输出镜(7)射出；

第二泵浦光经耦合后，透射过二色镜II(4)射入晶体薄片(3)，形成振荡光，振荡光经二色镜I(2)全反射到第一全反镜(1)后又全反射回二色镜I(2)，又经二色镜I(2)全反射到二色镜II(4)，然后全反射到二色镜III(5)，又经二色镜III(5)全反射到二色镜IV(6)，经二色镜IV(6)全反射后从输出镜(7)射出；

第三泵浦光经耦合后，透射过二色镜III(5)射入晶体薄片(3)，形成振荡光，振荡光经二色镜IV(6)全反射后从输出镜(7)射出；

第四泵浦光经耦合后，透射过二色镜IV(6)射入晶体薄片(3)，形成振荡光，振荡光经二色镜III(5)全反射到二色镜II(4)，又经二色镜II(4)全反射到二色镜I(2)，然后经二色镜I(2)全反射到第一全反镜(1)后又全反射回二色镜I(2)，又经二色镜I(2)全反射到二色镜II(4)，然后全反射到二色镜III(5)，又经二色镜III(5)全反射到二色镜IV(6)，经二色镜IV(6)全反射后从输出镜(7)射出；

所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光均为790nm半导体激光器形成的泵浦光，所述晶体薄片(3)为Tm:YLF晶体，所述振荡光为1908nm激光；

所述第一全反镜(1)镀1908nm高反膜，所述二色镜I(2)、二色镜II(4)、二色镜III(5)、二色镜IV(6)镀1908nm高反且790nm高透膜，所述输出镜(7)镀1908nm部分透射膜；所述晶体薄片(3)所有通光面镀790nm、1908nm高透膜；

所述晶体薄片(3)由方形晶体薄片切割四个角后形成四个入射端面，切割后所述晶体薄片(3)内角为135度；

还包括热沉，所述热沉紧贴所述晶体薄片(3)薄面两侧设置，所述热沉包括蛇形微通道腔体、进液口及出液口，冷却液经过所述进液口进入所述蛇形微通道腔体体内部，再通过出液口流出，从而带走热量，其中，所述冷却液为液氮。

2.根据权利要求1所述的固体激光系统，其特征在于，所述二色镜I(2)、二色镜IV(6)为

45度设置，所述二色镜II(4)、二色镜III(5)22.5度设置。

3.根据权利要求2所述的固体激光系统，其特征在于，所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光的总功率为500W，输出为165W的连续波，光束质量因子M2小于3。

说明书

一种多路末端泵浦薄片固体激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种固体激光发生装置，特别是一种多路末端泵浦薄片固体激光器。

背景技术

[0002] 固体激光器在生物医疗、光谱学、大气探测、光电对抗等领域有着重要的应用。激光晶体的热效应是激光器性能提升的一大障碍。薄片形激光晶体凭借较大的散热面积可有效缓解热效应的负面影响，获得了人们的青睐。二极管泵浦的薄片激光器的应用非常广泛。在材料微加工方面，LD泵浦的薄片激光器的输出稳定且功率高，输出的激光光束质量好，在材料微加工行业倍受青睐，例如，在薄金属打孔及焊接中，薄片激光器打出的孔要比其他类型的激光器要深并且边缘很光滑；LD泵浦的薄片激光器单频性好，被广泛应用于光信息的储存、全息等领域；近年来，薄片激光器军事领域也逐渐崭露头角，利用激光进行测距、制导等技术已经广泛应用，激光武器也逐渐成为各个国家追逐的新宠，2013年8月，美国波音公司开发的薄片激光器系统实现了具有非常高的电光转换效率，获得了输出功率为30kW的激光输出，已经达到了武器级水平，可以提供在多种战术任务下的精确打击能力，但，随着应用的广泛需求，对于一些对光束质量要求较高的应用，目前很多激光器并不能满足要求，因此，要求提高激光器光束质量、高功率便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

[0003] 本发明为了解决现有薄片激光器光束质量低、出光功率小的技术问题而设计的全新固体激光装置。

[0004] 本发明提供的一种多路末端泵浦薄片固体激光器，包括：

[0005] 第一全反镜1、二色镜I2、晶体薄片3、二色镜II4、二色镜III5、二色镜IV6和输出镜7；

[0006] 第一泵浦光经耦合后，透射过二色镜I2射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜II4全反射到二色镜III5，又经二色镜III5全反射到二色镜IV6，经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0007] 第二泵浦光经耦合后，透射过二色镜II4射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜I2全反射到第一全反镜1后又反射回二色镜I2，又经二色镜I2反射到二色镜II4，然后全反射到二色镜III5，又经二色镜III5全反射到二色镜IV6，经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0008] 第三泵浦光经耦合后，透射过二色镜III5射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0009] 第四泵浦光经耦合后，透射过二色镜IV6射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜III5全反射到二色镜II4，又经二色镜II4全反射到二色镜I2，然后经二色镜I2全反射到第一全反镜1后又反射回二色镜I2，又经二色镜I2反射到二色镜II4，然后全反射到二色镜III5，又经二色镜III5全反射到二色镜IV6，经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0010] 所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光均为790nm半导体激光器形成的泵浦光，所述晶体薄片3为Tm:YLF晶体，所述振荡光为1908nm激光；

[0011] 所述第一全反镜1镀1908nm高反膜，所述二色镜I2、二色镜II4、二色镜III5、二色镜IV6镀1908nm高反且790nm高透膜，所述输出镜7镀1908nm部分透射膜；所述晶体薄片3所有通光面镀790nm、1908nm高透膜。

[0012] 进一步的，所述二色镜I2、二色镜IV6为45度设置，所述二色镜II4、二色镜III522.5度设置。

[0013] 进一步的，所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光的总功率为500W，输出为165W的连续波，光束质量因子M2小于3。

[0014] 进一步的，所述晶体薄片(3)由方形晶体薄片切割四个角后形成四个入射端面，切割后所述晶体薄片(3)内角为135度。

[0015] 进一步的，还包括热沉，所述热沉紧贴所述晶体薄片(3)薄面两侧设置。

[0016] 本发明的有益效果：本发明通过采用多路端面泵浦方式，改变了以往采用从薄片激光器平面泵浦的方式，使得泵浦光和振荡光在同一光路，降低了薄片激光器的热透镜效应的同时，提高的光束质量，获得了高功率激光的输出，使得薄片晶体作为激光晶体的广泛使用进一步提升。同时由于泵浦方式为端面泵浦，对激光器调光技术要求降低，容易获得激光的输出。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1是本发明所述的多路末端泵浦薄片固体激光器的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0020] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

[0021] 如图1所示，本发明提供的一种多路末端泵浦薄片固体激光器，包括：

[0022] 第一全反镜1、二色镜I2、晶体薄片3、二色镜II4、二色镜III5、二色镜IV6和输出镜7；

[0023] 第一泵浦光经耦合后，透射过二色镜I2射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜II4全反射到二色镜III5，又经二色镜III5全反射到二色镜IV6，经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0024] 第二泵浦光经耦合后，透射过二色镜II4射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜I2全反射到第一全反镜1后又反射回二色镜I2，又经二色镜I2反射到二色镜II4，然后全反射到二色镜III5，又经二色镜III5全反射到二色镜IV6，经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0025] 第三泵浦光经耦合后，透射过二色镜III5射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0026] 第四泵浦光经耦合后，透射过二色镜IV6射入晶体薄片3，形成振荡光，振荡光经二色镜III5全反射到二色镜II4，又经二色镜II4全反射到二色镜I2，然后经二色镜I2全反射到第一全反镜1后又反射回二色镜I2，又经二色镜I2反射到二色镜II4，然后全反射到二色镜III5，又经二色镜III5全反射到二色镜IV6，经二色镜IV6全反射后从输出镜7射出；

[0027] 所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光均为790nm半导体激光器形成的泵浦光，所述晶体薄片3为Tm:YLF晶体，所述振荡光为1908nm激光；掺杂浓度为8-14％。薄片增益介质由掺杂有激活离子的透明介质材料构成。具体的，透明介质材料也可以为：钇铝石榴石(YAG)、钆镓石榴石(GGG)、玻璃、钒酸盐、钨酸盐、陶瓷中的一种。激活离子可以为：Yb3+、Nd3+、Tm3+、Ho3+中的一种或几种。泵浦光射向薄片增益介质后，部分泵浦光的能量被薄片增益介质中的激活离子吸收，激活离子发生能级跃迁，从而产生激光。

[0028] 所述第一全反镜1镀1908nm高反膜，所述二色镜I2、二色镜II4、二色镜III5、二色镜IV6镀1908nm高反且790nm高透膜，所述输出镜7镀1908nm部分透射膜；所述晶体薄片3所有通光面镀790nm、1908nm高透膜。

[0029] 另外，所述二色镜I2、二色镜IV6为45度设置，所述二色镜II4、二色镜III5为22.5度设置。以使得光路能够形成稳定谐振腔为益。

[0030] 另外，所述第一泵浦光、第二泵浦光、第三泵浦光、第四泵浦光的单个功率100-150W，总功率为400-600W，常用功率为500W，可以获得输出功率为150-200W的连续波，稳定输出为165W的连续波，光束质量因子M2小于3。泵浦源产生的泵浦光通过传导光纤进行光纤耦合输出至准直聚焦的耦合系统。泵浦光聚焦单元安装器固定在镜片安装固定装置的镜片安装架上。

[0031] 另外，所述晶体薄片(3)由方形晶体薄片切割四个角后形成四个入射端面，切割后所述晶体薄片(3)内角为135度。

[0032] 另外，还包括冷却装置，例如热沉，所述热沉紧贴所述晶体薄片(3)薄面两侧设置。冷却装置固定于底座上。热沉包括微通道腔体、进液口及出液口。微通道腔体为两端开口的中空柱状结构或蛇形结构。进液口及出液口用于冷却液进出，冷却液经过进液口进入冷却腔体内部，再通过出液口流出，从而带走热量。具体在本实施例中，进液口及出液口设于热沉两端。其中、冷却液可为水、液氮等其他常用作冷却剂的液体。

[0033] 所述晶体薄片(3)置于一三维电动调整台上，通过计算机控制进行前、后、左、右、俯以及仰六方向调节。具体的，可以通过一探测器，将探测到的光信号转变为模拟信号后实时输入到所述计算机，所述计算机根据所述模拟信号拟制出激光模型，并与所述计算机预设的激光模型进行比较，并根据比较结果自动调整三维调整台的状态，直到所述输出光的性能与所述预设的激光模型相吻合。

[0034] 本发明通过采用多路端面泵浦方式，改变了以往采用从薄片激光器平面泵浦的方式，使得泵浦光和振荡光在同一光路，降低了薄片激光器的热透镜效应的同时，提高的光束质量，获得了高功率激光的输出，使得薄片晶体作为激光晶体的广泛使用进一步提升。同时由于泵浦方式为端面泵浦，对激光器调光技术要求降低，容易获得激光的输出。

[0035] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

[0036] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0037] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。