[發明專利]基于達曼光柵的點陣輸出固體激光器

有效

• 申請號: 201410158186.3
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103928831B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 夏克貴;李建郎;王崢
• 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: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及固體激光器,特別是一種基于達曼光柵的點陣輸出固體激光器。?

背景技術

近年來，多地出現的PM2.5超標以及霧霾天氣嚴重影響了城市居民的生活質量和身體健康，而來自以內燃機為動力的各類車輛的尾氣排放是城市大氣污染物的重要來源。提高燃料利用率，減少有害尾氣的排放量，是新一代內燃機急需解決的問題，但這加大了內燃機的點火難度，傳統電火花塞已無法滿足更高性能內燃機的需求。激光誘導火花點火技術具有眾多優點，該技術自從被引入到內燃機點火以來，一直是研究的熱點之一。激光誘導火花點火技術幾乎可以克服傳統火花塞點火的所有缺點：無需電極，不存在電極燒蝕問題，點火位置可離開燃燒室，而且具有多點點火的潛力。多點點火能極大縮短燃料燃燒時間而且能產生更高的燃燒壓力，從而獲得更高的發動機效率，并且能夠在某一點損壞的情況下，仍然繼續工作，提高了內燃機的安全性和可靠性。基于激光點火技術、尤其是多點激光點火技術的火花塞，既使傳統電火花塞點火系統面臨的諸多問題迎刃而解，還能大幅度提高發動機效率。?

當前，有多種方法可以實現激光誘導多點點火。但是采用的方法都是使用多個泵浦源同時對激光晶體進行泵浦來獲得多束激光的輸出，如2011年日本用三個光纖尾纖輸出的半導體激光器同時泵浦激光增益晶體，獲得了三束具有高峰值功率的納秒脈沖（參見Nicolaie?Pavel等人發表的Composite,all-ceramics,high-peak?power?Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG?monolithic?micro-laser?with?multiple-beam?output?for?engine?ignition,《Optics?Express》19(2011)9378-9384），該方法的不足之處在于使用三路獨立泵浦系統使激光器結構相對復雜，還增加系統制作的工藝難度和生產成本。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種點陣輸出固體激光器，該激光器僅采用一個泵浦源，使用一套準直、聚焦耦合系統將所述的泵浦源輸出的泵浦光以點陣形式耦合到激光介質，具有結構簡單緊湊和易實現的優點。?

本發明的技術解決方案如下：?

一種基于達曼光柵的點陣輸出固體激光器，包括泵浦源，特點在于其構成是：在輸出泵浦光方向依次是同光軸的耦合準直透鏡、達曼光柵、耦合聚焦透鏡、附有熱沉的激光增益介質和輸出鏡，所述的泵浦源的輸出端位于所述的耦合準直透鏡物?方焦點，所述的激光增益介質位于所述的耦合聚焦透鏡的像方焦點，所述的激光增益介質的前表面鍍激光的高反膜和泵浦光的增透膜，該激光增益介質的后表面鍍激光的增透膜，所述的輸出鏡和所述的激光增益介質前表面構成激光諧振腔。?

所述的泵浦源是光纖耦合輸出的半導體激光器或其他激光器，工作中心波長與激光增益介質摻雜離子相匹配。?

所述的達曼光柵具有與激光增益介質摻雜離子相匹配的工作波長，其衍射特性根據實際需要選擇：采用1×2點陣、2×2點陣、3×3點陣達曼光柵、┄┅、或N×N點陣。?

所述的激光增益介質是稀土摻雜的激光晶體、激光玻璃或激光陶瓷。?

所述的輸出鏡為平面鏡或平凹鏡，并鍍有信號激光的部分透過膜。?

所述的準直透鏡是一短焦距的球面或非球面透鏡，所述的聚焦透鏡為焦距大于等于準直透鏡的球面鏡或非球面鏡。?

本發明點陣輸出的固體激光器以如下方式運轉：作為泵浦源的半導體激光器發射出泵浦光，經過準直透鏡后近似整形為一束平行光，垂直入射到點陣達曼光柵，經過達曼光柵衍射后的泵浦光分成以不同離軸角度方向傳播的多束平行光束，這些平行光束以不同的方向入射到聚焦透鏡，在聚焦透鏡的焦平面形成尖銳的點陣像點。在聚焦透鏡焦平面形成的高能量密度的泵浦光作為點陣輸出的固體激光器的泵浦點，用來泵浦激光增益介質，在激光增益介質輸入面和激光器輸出鏡構成的平平腔中同時形成點陣激光振蕩，從而產生連續模式點陣激光輸出。?

為了完成第二目的的第二發明?

一種點陣輸出的被動調Q脈沖固體激光器，包括泵浦源激光器，特點在于其構成是：在輸出泵浦光方向依次是同光軸的耦合準直透鏡，達曼光柵，耦合聚焦透鏡，加有熱沉的激光增益介質，可飽和吸收體和輸出鏡。所述的泵浦源的輸出端置于所述的耦合準直透鏡物方焦點處，所述的激光增益介質位于耦合聚焦透鏡的像方焦點處，所述的激光增益介質的前表面鍍激光高反膜和泵浦光增透膜作為前腔鏡，該激光的增益介質的后表面鍍激光增透膜，所述的可飽和吸收體前后兩面都鍍有激光的防反膜，所述的輸出鏡和激光增益介質前表面構成激光諧振腔。?