[發明專利]半導體激光器側面耦合軸向泵浦的堿金屬激光器

有效

• 申請號: 201710084937.5
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106898937B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 譚榮清;黃偉;李志永
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01S3/03
• 分類號: H01S3/03;H01S3/091;H01S3/227
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種半導體激光器側面耦合軸向泵浦的堿金屬激光器，包括n個半導體泵浦源、m個堿金屬蒸氣室和一諧振腔，該堿金屬激光器還包括n個轉向元件，與n個半導體泵浦源一一對應，用于分別改變n個半導體泵浦源發出的泵浦光的傳播方向；不管n個轉向元件如何設置，n個半導體泵浦源發出的泵浦光在m個堿金屬蒸氣室中最終為近軸光；其中，n、m為自然數。上述n個半導體泵浦源發出的泵浦光經對應的轉換元件改變傳播方向后，會聚點分別位于堿金屬蒸氣室內的不同位置。本發明通過多半導體激光泵浦模塊側面耦合的方式實現大焦深，充分利用堿金屬蒸氣室內的堿金屬蒸氣原子，實現更好的模式匹配，因此可以實現多泵浦模塊的級聯使用，實現高功率輸出。

技術領域

本發明屬于激光技術領域，更具體地涉及一種半導體激光器側面耦合軸向泵浦的堿金屬激光器。

背景技術

DPAL(半導體泵浦堿金屬蒸氣激光器)是一種增益介質為蒸氣狀態堿金屬的新型光泵浦氣體激光器，增益介質的溫度通常為100～200℃。DPAL的增益介質主要為蒸氣狀態的鉀、銣或銫，其能級結構如圖1所示。n是最外層電子所在電子層數，K、Rb、Cs對應的n分別為4、5、6。nS_1/2為基態能級，nP_1/2和nP_3/2為最外層電子自旋-軌道相互作用而劈裂產生的激發態能級。由基態至兩上能級的躍遷分別對應于D1和D2線。

DPAL激光器首先于2003年實現了堿金屬激光器D1線的激光輸出。DPAL采用對應D2線波長的泵浦源泵浦，具有95％以上的量子效率，且增益介質是氣體，熱透鏡效應不明顯。因此，DPAL被認為是一種有望實現單口徑MW級激光輸出的新型激光器。其在高功率輸出方面的潛力也得到了國內外眾多高功率激光器研發機構的關注。

目前常用的軸向泵浦結構如圖2所示。半導體激光器輸出的泵浦光，經過光束整形之后被聚焦透鏡聚焦，經由鍍有對泵浦光全透、對發射激光全反的雙色膜腔鏡進入堿金屬激光器諧振腔內。泵浦光焦斑位于堿金屬蒸氣室中心位置處。堿金屬蒸氣室中堿金屬原子在泵浦光的泵浦作用下形成增益，在激光諧振腔的諧振放大作用下，產生并輸出激光。此結構有效增益主要形成于焦斑附近位置處，因此不能對腔模內的堿金屬原子進行有效利用，大大降低了激光的輸出效率；再者，此結構僅適用于使用單個半導體激光泵浦模塊進行泵浦，難以實現多泵浦模塊的級聯使用，從而難以實現DPAL的高功率輸出。

另外一種常用泵浦結構為側面泵浦，常用的泵浦結構如圖3所示。激光頭四個側面分別留有激光窗口和泵浦窗口。使整形后的泵浦光由泵浦光窗口入射，在諧振腔方向輸出激光。此結構很難獲得較好的模式匹配，從而導致激光器光光效率低下。

發明內容

基于上述問題，本發明的目的在于提出一種半導體激光器側面耦合軸向泵浦的堿金屬激光器，用于解決以上技術問題的至少之一。

為了達到上述目的，本發明提出一種半導體激光器側面耦合軸向泵浦的堿金屬激光器，包括n個半導體泵浦源、m個堿金屬蒸氣室和一諧振腔，該堿金屬激光器還包括n個轉向元件，與n個半導體泵浦源一一對應，用于分別改變n個半導體泵浦源發出的泵浦光的傳播方向；不管n個轉向元件如何設置，n個半導體泵浦源發出的泵浦光在m個堿金屬蒸氣室中最終為近軸光；其中，n、m為自然數。

進一步地，上述n個半導體泵浦源發出的泵浦光經對應的轉換元件改變傳播方向后，會聚點分別位于m個堿金屬蒸氣室內的不同位置。

進一步地，上述n個轉向元件為偏振分光棱鏡、中心有孔的平面反射鏡、中心有孔的凹面反射鏡和鍍有雙色膜的平面反射鏡的任意組合。

進一步地，上述轉向元件的主體材料為對近紅外激光吸收率低于1％、透過率大于98％的材料。

進一步地，上述n個轉向元件的位置為位于m個堿金屬蒸氣室的內部、左側和右側的任意組合。