[發明專利]端面泵浦階變梯度摻雜復合板條激光放大器

無效

• 申請號: 200910046292.1
• 申請日: 2009-02-18
• 公開（公告）號: CN101483312A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 王建磊;施翔春;朱小磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/17
• 分類號: H01S3/17;H01S3/094;H01S3/0941
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

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

背景技術

隨著激光技術的發展，對激光技術指標也有了更高的要求，激光二極管泵浦板條激光器、放大器由于結構上的優勢，已經成為高平均功率、高光束質量激光器的理想設計方案之一。端面或側面泵浦結構的激光放大器使泵浦面與冷卻面分離，可以降低對冷卻面的要求，在工程中更容易實現高平均功率輸出。采用激光束沿z形光路傳輸放大，可進一步降低激光器工作介質的熱畸變問題，提高激光光束質量。

激光光學陶瓷的研制成功和應用，使得準備不同結構和不同形狀的激光板條增益介質成為現實。

目前，在側面泵浦或端面泵浦板條激光放大器方面，國內外主要采用單一摻雜濃度的晶體結構，在提高泵浦光吸收效率的同時，又產生了激光介質內泵浦功率密度不均勻的問題，從而在泵浦方向上產生了較大的溫度梯度，導致大的熱應力，這一矛盾極大地制約著激光器功率的進一步提高。

本發明所采用的泵浦方向上激光介質采用N階階變梯度濃度摻雜分布結構，可允許泵浦功率進一步提高，從而實現固體激光器的更大功率、高光束質量的激光輸出。

發明內容

本發明的目的在于改善現有板條激光放大器泵浦不均勻和熱應力方面的欠缺。提供一種端面泵浦階變梯度摻雜復合板條的激光放大器，該激光放大器應具有提高泵浦功率、溫度分布均勻、結構緊湊、散熱方便的特點，能夠獲得大功率，光束質量好的激光輸出。

本發明的技術解決方案如下：

一種端面泵浦階變梯度摻雜復合板條激光放大器，包括：激光增益介質、種子源、泵浦源、耦合透鏡導管、板條冷卻熱沉及銦過渡層，其特點是：

所述的激光增益介質為N階階變梯度摻雜復合陶瓷板條，其中N為1以上的正整數，由發光離子濃度最高的中間段子板條，向兩端發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段一體構成，該復合陶瓷板條為平行六面體，該復合陶瓷板條包括兩個相互平行的大側面、兩個相互平行的小側面及兩個相互平行的端面，兩個大側面與兩個小側面相互垂直，兩個平行的端面與所述的兩個小側面垂直并與所述的兩個大側面成45°，所述的兩個大側面為冷卻面，分別通過所述的銦過渡層與所述的板條冷卻熱沉壓接在一起；

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

所述的泵浦源包括兩組半導體激光二極管面陣列，該兩組半導體激光二極管面陣列發出的泵浦光分別經所述的耦合透鏡導管整形壓縮后從所述的N階階變梯度摻雜復合陶瓷板條的大側面的兩端的泵浦光增透區進入所述的N階階變梯度摻雜復合陶瓷板條，經所述的的端面反射沿所述的N階階變梯度摻雜復合陶瓷板條的光軸前進而進行泵浦。

所述的N階階變梯度摻雜復合陶瓷板條，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，即把激光介質摻雜區按不同摻雜濃度等分成2N+1段，各段子板條長度為l，中間段定義為0階，緊挨0階的兩段分別為±1階，類似沿z軸反正方向依次為±2階...±i階，...±N階，其中i滿足1≤i≤N，0階子板條吸收系數為α₀，±i階子板條吸收系數為α_i，吸收系數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光離子的摻雜濃度的方法。

對于N(N≥1)階階變梯度摻雜板條，以下簡稱為板條，摻雜區總尺寸為L_s×w×d，板條中心位置取為坐標原點，厚度、寬度和長度方向分別為x、y和z軸方向，能量等分方法的運算過程可以表征為：

p0=p±i=ηp2N+1,]]>