[發(fā)明專(zhuān)利]端面泵浦階變梯度摻雜復(fù)合板條激光放大器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910046292.1
• 申請(qǐng)日: 2009-02-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101483312A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建磊;施翔春;朱小磊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/17
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/17;H01S3/094;H01S3/0941
• 代理公司: 上海新天專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及全固態(tài)激光器件，特別是一種端面泵浦階變梯度摻雜復(fù)合板條的激光放大器，在激光加工、通信及軍事上有廣泛應(yīng)用前景。

背景技術(shù)

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，對(duì)激光技術(shù)指標(biāo)也有了更高的要求，激光二極管泵浦板條激光器、放大器由于結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為高平均功率、高光束質(zhì)量激光器的理想設(shè)計(jì)方案之一。端面或側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)的激光放大器使泵浦面與冷卻面分離，可以降低對(duì)冷卻面的要求，在工程中更容易實(shí)現(xiàn)高平均功率輸出。采用激光束沿z形光路傳輸放大，可進(jìn)一步降低激光器工作介質(zhì)的熱畸變問(wèn)題，提高激光光束質(zhì)量。

激光光學(xué)陶瓷的研制成功和應(yīng)用，使得準(zhǔn)備不同結(jié)構(gòu)和不同形狀的激光板條增益介質(zhì)成為現(xiàn)實(shí)。

目前，在側(cè)面泵浦或端面泵浦板條激光放大器方面，國(guó)內(nèi)外主要采用單一摻雜濃度的晶體結(jié)構(gòu)，在提高泵浦光吸收效率的同時(shí)，又產(chǎn)生了激光介質(zhì)內(nèi)泵浦功率密度不均勻的問(wèn)題，從而在泵浦方向上產(chǎn)生了較大的溫度梯度，導(dǎo)致大的熱應(yīng)力，這一矛盾極大地制約著激光器功率的進(jìn)一步提高。

本發(fā)明所采用的泵浦方向上激光介質(zhì)采用N階階變梯度濃度摻雜分布結(jié)構(gòu)，可允許泵浦功率進(jìn)一步提高，從而實(shí)現(xiàn)固體激光器的更大功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有板條激光放大器泵浦不均勻和熱應(yīng)力方面的欠缺。提供一種端面泵浦階變梯度摻雜復(fù)合板條的激光放大器，該激光放大器應(yīng)具有提高泵浦功率、溫度分布均勻、結(jié)構(gòu)緊湊、散熱方便的特點(diǎn)，能夠獲得大功率，光束質(zhì)量好的激光輸出。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種端面泵浦階變梯度摻雜復(fù)合板條激光放大器，包括：激光增益介質(zhì)、種子源、泵浦源、耦合透鏡導(dǎo)管、板條冷卻熱沉及銦過(guò)渡層，其特點(diǎn)是：

所述的激光增益介質(zhì)為N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條，其中N為1以上的正整數(shù)，由發(fā)光離子濃度最高的中間段子板條，向兩端發(fā)光離子濃度逐漸遞減的各N段子板條和兩端零摻雜的子板條共2N+3段一體構(gòu)成，該復(fù)合陶瓷板條為平行六面體，該復(fù)合陶瓷板條包括兩個(gè)相互平行的大側(cè)面、兩個(gè)相互平行的小側(cè)面及兩個(gè)相互平行的端面，兩個(gè)大側(cè)面與兩個(gè)小側(cè)面相互垂直，兩個(gè)平行的端面與所述的兩個(gè)小側(cè)面垂直并與所述的兩個(gè)大側(cè)面成45°，所述的兩個(gè)大側(cè)面為冷卻面，分別通過(guò)所述的銦過(guò)渡層與所述的板條冷卻熱沉壓接在一起；

所述的種子源發(fā)出的激光垂直于所述的N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條的端面進(jìn)入所述的N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條，并按z字形光路傳輸；

所述的泵浦源包括兩組半導(dǎo)體激光二極管面陣列，該兩組半導(dǎo)體激光二極管面陣列發(fā)出的泵浦光分別經(jīng)所述的耦合透鏡導(dǎo)管整形壓縮后從所述的N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條的大側(cè)面的兩端的泵浦光增透區(qū)進(jìn)入所述的N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條，經(jīng)所述的的端面反射沿所述的N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條的光軸前進(jìn)而進(jìn)行泵浦。

所述的N階階變梯度摻雜復(fù)合陶瓷板條，是兩端零摻雜，中間為N(N≥1)階階變梯度摻雜的激光增益介質(zhì)，即把激光介質(zhì)摻雜區(qū)按不同摻雜濃度等分成2N+1段，各段子板條長(zhǎng)度為l，中間段定義為0階，緊挨0階的兩段分別為±1階，類(lèi)似沿z軸反正方向依次為±2階...±i階，...±N階，其中i滿(mǎn)足1≤i≤N，0階子板條吸收系數(shù)為α₀，±i階子板條吸收系數(shù)為α_i，吸收系數(shù)等于摻雜濃度乘于有效受激吸收截面，各階子板條摻雜濃度采用能量等分的方法確定。

所述的能量等分方法的基本思想是將泵浦光的能量均分到各階子板條中而確定各階子板條中受激發(fā)光離子的摻雜濃度的方法。

對(duì)于N(N≥1)階階變梯度摻雜板條，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為板條，摻雜區(qū)總尺寸為L(zhǎng)_s×w×d，板條中心位置取為坐標(biāo)原點(diǎn)，厚度、寬度和長(zhǎng)度方向分別為x、y和z軸方向，能量等分方法的運(yùn)算過(guò)程可以表征為：

p0=p±i=ηp2N+1,]]>