[發明專利]直線腔大功率全固態激光器

有效

• 申請號: 201010607181.6
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102064457A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 林鵬
• 申請（專利權）人: 東莞市環宇激光工程有限公司
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/06;H01S3/16;H01S3/127
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 梁永宏

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，尤其是指一種直線腔大功率全固態激光器。

背景技術

激光二極管（LD）泵浦技術的興起，使最早出現并已有近四十年發展史的固體激光器重新煥發出勃勃生機。

高效、大功率的全固態激光器（DPL）是激光領域最重要的前沿課題之一，它兼備了半導體激光器和燈泵固體激光器的雙重優點，具有體積小、效率高、穩定性好和壽命長等性能，成為近年來激光學科的重點發展方向之一，在科研、醫療、通訊和大屏幕彩色顯示、工業加工、軍事等領域有著廣闊的應用前景并且有很大的市場潛力。

高功率全固態激光在物理學、化學、材料科學、生命科學、環境科學、能源科學等國民經濟、前沿科學研究方面具有重要應用；在激光雷達、光電對抗等國家安全領域更有重大的應用潛力。為突破全固態激光器高功率化的發展瓶頸，解決全固態高功率激光的核心科學問題—“三高”（即高功率、高光束質量和高轉換效率），迫切需要結合高平均功率、高峰功率等激光實驗系統，開展激光材料、原理方案、關鍵技術等方面的基礎研究，進一步發展光束時間、空間、頻譜的控制技術。

國家“激光高技術及產業化”重大專項計劃，鼓勵國內在高功率激光設計理論、單元技術和系統研制方面具有優勢的研究機構，開展高功率固體激光技術與應用的創新研究。

目前，大功率全固態激光器激光晶體主要有KTP晶體和LBO晶體，由于使用KTP晶體較難調試激光，市場上大功率全固態激光器主要使用LBO晶體。由LBO晶體的屬性決定了激光腔體只能為折疊腔結構。由于折疊腔的腔體結構較長，激光透過的光學鏡片較多，損失的功率較大，光轉換效率低。

清華大學電子工程系梁喆等發表了文章《聲光調Q全固態綠光激光器中的雙控驅動電路》，研制出新型聲光驅動器，能夠同步控制聲光Q開關和LD抽運源的工作時間，并具有10W以上的輸出功率及15ns（1個聲光驅動射頻周期）內的調Q開關時間。應用該驅動器的全固態調Q綠光激光器的能耗減少50％以上，溫升減少10℃以上，熱穩定時間減少到22％，用1W的LD抽運，得到了脈寬14.5ns、峰值功率1kW的無寄生脈沖綠激光輸出。

西北大學物理學系解慧明等發表了文章《雙端抽運雙Nd：YVO4連續綠光激光器》，為了提高半導體激光器抽運的全固態激光器的輸出功率與光-光轉換效率，設計并使用了雙端抽運雙Nd：YVO4綠光激光器。通過激光晶體溫度場特性的研究以及依據光束的傳輸矩陣，分析了雙激光晶體熱透鏡效應對于諧振腔穩定性的影響，設計了雙端抽運雙激光晶體折疊腔。在雙端抽運雙Nd：YVO4綠光激光器系統中，LBO晶體采用了Ⅰ類非臨界相位匹配腔內倍頻方式，當抽運光功率為26．56W時，獲得了5．5W的穩定連續綠光輸出，其光-光轉換效率為20．7％。結果同時表明，在諧振腔內插入雙激光增益介質，不僅可以提高激光器的光-光轉換效率，而且兩個激光晶體熱透鏡效應相互作用的結果可以增強諧振腔的穩定性。

然而，KTP晶體的熱效應以及聲光Q?開關關不住門從而大大限制了高功率綠光的輸出，特別是在腔內倍頻的諧振腔內，功率密度特別高，雖然這可以提高倍頻效率，但是過高的功率密度導致倍頻晶體更顯著的熱效應,致使倍頻晶體相位失配，大大降低了倍頻效率；另一方面，聲光Q?開關關不斷導致光外泄，降低效率。因此，現有的激光器的輸出功率做到30W以內，難以滿足生產加工使用的需求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種光束質量好、輸出功率大、效率高、壽命長的直線腔大功率全固態激光器。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種直線腔大功率全固態激光器，包括輸出鏡、KTP晶體、諧波鏡、側泵模塊、Q開關及后腔鏡，所述輸出鏡、KTP晶體、諧波鏡、側泵模塊、Q開關及后腔鏡呈直線從左到右依次布置；所述側泵模塊包括側面泵浦和激光晶體，該側面泵浦為固態半導體二極管激光器，所述激光晶體為Nd：YAG晶體；所述諧波鏡的膜層設置于所述側泵模塊的Nd：YAG晶體的左端面，輸出鏡的膜層設置于KTP晶體的左端面。

其中，所述后腔鏡的左側面的鍍膜指標為HR@1064nm，后腔鏡的右側面的鍍膜指標為AR@1064nm。

其中，所述Q開關的左側面的鍍膜指標為AR@1064nm，Q開關的右側面的鍍膜指標為AR@1064nm。

其中，所述側泵模塊的Nd：YAG晶體的左側面的鍍膜指標為AR@1064nm和HR@532nm，Nd：YAG晶體的右側面的鍍膜指標為AR@1064nm。