[發明專利]一種端面泵浦固體激光器

無效

• 申請號: 201110233300.0
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102306898A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 汪盛烈;王凡;楊海;王曉東;趙學民;秦剛;王立慧;張可;唐會華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/16;H01S3/115
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于固體激光器領域，具體涉及一臺半導體激光器端面泵浦的固態高重復率電光調Q脈沖激光器。

背景技術

20世紀80年代后期，隨著半導體激光器和激光晶體材料技術的不斷進步，固體激光器技術得到了迅速的發展，應用范圍不斷地擴展。使用半導體激光器陣列端面泵浦的固體激光器具有轉換效率高，光束質量好，穩定性好，連續工作時間長，壽命長等優點，可廣泛地應用于激光標刻、激光材料加工和激光醫療等領域。國內外對半導體激光器陣列的端面泵浦進行了廣泛的研究，特別是半導體激光器陣列的光束耦合研究。光束耦合一般包括光束準直，光束整形，聚焦三個步驟，其中又尤以光束整形最為重要。由于傳統半導體激光器陣列采用19個激光二極管排成一列的結構，其快軸發散半角一般為35°、發光區1um，慢軸發散半角一般為8°、發光區10mm，兩個方向上的拉格朗日不變量相差千余倍，這對端面泵浦是極為不利的，需要整形圓化處理才能進行端面泵浦。光束整形作為近年來的研究重點，有多種方案，比較典型的有光纖耦合系統、光學成像系統、臺階型反射鏡整形系統以及二元光學系統，主要都是通過將半導體激光器陣列按節點分割，多光束進行旋轉重排來實現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種端面泵浦固體激光器，該激光器具有輸出光束質量高、結構緊湊和脈沖重復頻率高的優點。

本發明提供的一種端面泵浦固體激光器，其特征在于，該激光器包括依次位于同一光路上的半導體激光器、光學耦合系統、諧振腔前腔鏡、激光晶體、起偏器、電光調Q元件和諧振腔后腔鏡，激光晶體為摻釹釩酸釔晶體，位于光學耦合系統的后焦點處。

本發明采用新型的半導體激光器，其慢軸發光區壓縮為1mm，再經快軸準直后其遠場光斑為方形，可以直接聚焦進行固體激光器的端面泵浦。另外，其慢軸發光區短，聚焦效果更好，聚焦光斑小于傳統巴條的聚焦光斑，這對泵浦是相當有利的。本發明電光調Q性能穩定，開關速度快，容易得到20ns以下的窄脈沖，但由于高壓驅動源和晶體本身的限制，其重復頻率不高。本發明可應用于激光打標領域。具體而言，本發明具有以下優點：

1)采用新型的半導體激光器陣列做泵浦源進行端面泵浦，該半導體激光器區別于傳統半導體激光器陣列的發光點結構，采用一片連續的發光區替代，慢軸方向發光區為1mm，遠小于傳統半導體激光器陣列的10mm，這就提高了光束質量，大大簡化了耦合系統，獲得更小的聚焦光斑，同時提高了耦合效率和泵浦效率。

2)泵浦光束功率高、質量高，泵浦效率高，激光輸出閾值低，且聚焦光斑小，采用端面泵浦的方式，使激光晶體內的增益分布與激光器基模空間體積匹配，輸出光束質量高。

3)激光晶體使用摻釹釩酸釔晶體，熒光壽命短，適合高重復頻率運轉。

4)調Q晶體選擇較大縱橫比的硅酸鎵鑭晶體，可有效降低半波電壓，從而降低了驅動電源的要求，使工作更加穩定。通過電光調Q技術，可使激光脈沖脈寬窄，峰值功率高。

附圖說明

圖1是本發明端面泵浦固體激光器的結構圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明提供的端面泵浦的固體激光器包括依次位于同一光路上的半導體激光器1、光學耦合系統2、諧振腔前腔鏡3、激光晶體4、起偏器5、電光調Q元件6和諧振腔后腔鏡7。激光晶體4為摻釹釩酸釔晶體，位于光學耦合系統2的后焦點處。

本發明采用半導體激光器作泵浦源，其發光區為連續的發光區，發光區慢軸方向尺寸為1mm，快軸方向尺寸為1um。半導體激光器附帶快軸準直器件，其遠場光斑呈方形。

本發明的工作過程如下：半導體激光器1的輸出光束經光學耦合系統2聚焦在激光晶體4中心處，激光晶體4吸收泵浦光受激熒光輻射，當Q開光打開之后，輻射的熒光在諧振腔內震蕩放大，獲得穩定的震蕩光，通過諧振腔后腔鏡7耦合輸出。

所述的半導體激光器1附帶快軸準直鏡，準直鏡采用柱透鏡結構，緊貼在半導體激光器1的出射光處，經快軸準直后其遠場光斑為方形，不需要進行光束的整形，可以直接聚焦應用于端面泵浦固體激光晶體4，簡化了光學耦合系統2。

所述的光學耦合系統2包括一準直鏡和一聚焦鏡，準直鏡將快慢軸發散角壓縮一致，使快慢軸光束經聚焦鏡聚焦后的焦點位置一致，且使焦點位于激光晶體4的正中心。

所述的諧振腔前、后腔鏡，可以提供光學正反饋。前腔鏡鍍增透膜，提高泵浦光的透過率，鍍全反膜提供光學正反饋；后腔鏡鍍的高反膜，在提供光學正反饋的同時也可以獲得激光耦合輸出。如諧振腔前腔鏡鍍808nm增透膜、1064nm的全反膜，諧振腔后腔鏡鍍有1064nm高反膜。