[實用新型]一種基于拼接技術的緊湊型多碟片串接固體激光器

有效

• 申請號: 201220708586.3
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN202977960U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 朱廣志;朱曉;朱長虹;郭飛;王海林;齊麗君;黃彥;李付廣;許昌云;王文軍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;武漢梅曼科技有限公司
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/07;H01S3/081
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本實用新型屬于激光器技術領域，更具體地，涉及一種基于拼接技術的緊湊型多碟片串接固體激光器。

背景技術

碟片激光器屬于高端的高功率固體激光器之一，這種薄片狀的結構（0.2mm~0.4mm的厚度），采用軸向面冷卻的方式，極大地降低了激光晶體的熱畸變和熱透鏡效應，有利于獲得高轉換效率、高平均功率以及高光束質量的激光輸出。此外，碟片激光器結構特點更容易實現高功率的激光輸出：一種方法是在保持泵浦功率密度不變的條件下，增加泵浦光斑的面積來有效地提高激光功率；另一種方法是采用多碟片串接的技術來實現高功率的激光輸出。由于ASE效應（放大的自發輻射）的影響，采用增大泵浦光斑面積獲取更高功率激光輸出的方法受到了極大地限制。因此串接技術獲取更高功率的激光輸出成為更為有效的途徑。目前德國通快公司采用4個單元模塊串接獲得16kW的激光輸出，在材料加工、激光醫療、科學研究等方面均有廣闊應用。尤其是材料加工方面，因為其輸出功率高，可聚焦光斑小、焦深長，并且能在光纖內傳輸，可以完成快速切割、遠程焊接等高難度加工任務，已成為激光加工系統的主力光源。

碟片固體激光器中的增益介質----碟片激光晶體的前表面鍍有對泵浦光和激光均高透的增透膜，后表面鍍有對泵浦光和激光均高反射的高反膜，并封裝在銅鎢合金或金剛石基板上，端面采用液體沖擊冷卻或高效TEC冷卻（半導體致冷技術），實現有效地溫控。這種軸向的溫度場分布極大地消除了晶體熱效應對激光輸出的影響，便于獲得更好光束質量的激光。然而這種薄片狀的幾何外形存在對泵浦光吸收長度小的缺點，為了提高泵浦光的吸收效率，多次泵浦技術和光斑勻化技術是高功率碟片激光器高效穩定運行的核心技術之一。1994年，A.Giesen教授提出了多次泵浦的概念，碟片固體激光器的思想得以實現。2003年，Steffen?Erhard等提出了單拋物面和多棱鏡構成的空間旋轉多次泵浦的結構；2005年，Steffen?Erhard等對上述方案進行改進提出了基于單拋物面和兩個大型棱鏡實現光束空間旋轉多次泵浦技術的方案，實現泵浦光32次的泵浦，使得泵浦光得到有效地利用。2008年，朱曉等在CN101414728A提出一種碟片固體激光器，其中基于對稱共軛雙拋物面來實現泵浦光斑在自身內部的多次傳輸。2010年，朱廣志等在CN102420386A中提出了基于離軸拋物面的碟片固體激光器，其中利用折疊鏡系統的多次泵浦技術，實現矩形光斑在自身內部的多次泵浦，泵浦的次數與折疊鏡的離軸平移量有關。

上述多次泵浦技術在單碟片固體激光器系統中均能實現高效地激光輸出。然而，在采用串接技術獲得更高激光功率輸出的過程中，上述方案僅能采用獨立泵浦模塊直接串聯的方案，即將激光振蕩的諧振腔串聯起來實現激光的輸出。而對于每一個多次泵浦模塊，其內部泵浦光之間相互獨立，不存在能量的傳遞和交換，未被吸收的泵浦光直接浪費掉了。這樣造成了泵浦光的利用率受到較大的限制、系統整體的效率也同樣不能進一步地提高；另一方面，這種各個模塊間獨立的串聯耦合方法，系統地體積龐大，裝配調整較為復雜。相應地，在相關領域中存在著對多碟片固體激光器的組成結構及其串接方式作出進一步改進的技術需求。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷和技術需求，本實用新型的目的在于提供一種基于拼接技術的緊湊型多碟片串接固體激光器，其通過對其關鍵構件的組成及設置方式的改進，可以解決現有碟片激光器串接過程中每個模塊未完全吸收泵浦光的問題，將多個模塊碟片之間的泵浦光能夠耦合起來，由此在實現高功率、高光束質量激光輸出的同時，能夠使得系統轉換效率大幅度地提高。

按照本實用新型，提供了一種基于拼接技術的緊湊型多碟片串接固體激光器，該激光器包括半導體激光器、泵浦光準直器、兩組以上的多次泵浦單元，以及諧振腔輸出單元，其特征在于：

所述半導體激光器用于發射泵浦光，并經泵浦光準直器執行準直后入射至各個多次泵浦單元；

所述多次泵浦單元沿著與泵浦光入射方向相垂直的方向彼此拼接，它們各自分別包括沿著泵浦光入射方向共軛設置的第一拋物面反射鏡和第二拋物面反射鏡，其中：

該第一拋物面反射鏡具有第一通孔用于安裝碟片激光晶體，所述第一通孔的位置對應于第二拋物面反射鏡的焦點，所述碟片激光晶體的法線與光軸之間存在一定角度的安裝夾角β，并且沿著多次泵浦單元拼接方向彼此相鄰的碟片激光晶體的安裝夾角β方向相反；