[實(shí)用新型]用于高功率掠入射板條激光器光束質(zhì)量改善的泵浦結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920086803.1
• 申請日: 2019-01-18
• 公開（公告）號: CN209544813U
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王春華;徐永釗;王立軍;孫敬華
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/0941
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本實(shí)用新型公開了一種用于高功率掠入射板條激光器光束質(zhì)量改善的泵浦結(jié)構(gòu)，包括泵浦光源、耦合系統(tǒng)、水平方向勻化波導(dǎo)、成像系統(tǒng)，其中：所述泵浦光源發(fā)出泵浦光，經(jīng)所述耦合系統(tǒng)耦合進(jìn)入所述水平方向勻化波導(dǎo)；所述水平方向勻化波導(dǎo)對泵浦光的水平方向進(jìn)行勻化后，將其輸入至所述成像系統(tǒng)；所述成像系統(tǒng)將水平方向勻化波導(dǎo)出口處的泵浦光成像在泵浦面上，使泵浦光在泵浦面上的強(qiáng)度分布與在水平方向勻化波導(dǎo)出口處的泵浦光強(qiáng)度分布一致。本實(shí)用新型簡單可靠，成本較低，且易于實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)高功率高光束質(zhì)量掠入射板條激光器的極佳途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于高功率掠入射板條激光器光束質(zhì)量改善的泵浦結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

固體激光器具有高亮度、高效率、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、長壽命和全固化等優(yōu)點(diǎn)，在材料加工、醫(yī)療、科學(xué)研究、軍事等領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用。在高功率固體激光器中，熱效應(yīng)會影響激光器的穩(wěn)定性，降低激光器的光束質(zhì)量以及效率。熱效應(yīng)使大功率棒狀激光器難以實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量。板條激光器具有大的面積體積比，散熱效果好，易于實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。但是，通常的板條激光器在泵浦光與激光之間難以實(shí)現(xiàn)較好的模式匹配比，激光提取效率較低。掠入射板條結(jié)構(gòu)中，泵浦光在泵浦面附近被增益介質(zhì)強(qiáng)烈吸收，激光以小角度掠入射到泵浦面并發(fā)生內(nèi)全反射，可以獲得極佳的泵浦光與激光模式匹配比。該結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高功率以及高效率固體激光器的有效手段。但是，研究表明：高功率泵浦時(shí)，掠入射板條結(jié)構(gòu)中的端面效應(yīng)非常嚴(yán)重，在工作中會造成激光光束質(zhì)量退化，退化主要發(fā)生在板條的水平方向（如圖6所示）。激光光束質(zhì)量的退化由激光光路上的熱致折射率變化與板條泵浦端面的應(yīng)力形變造成。其中，泵浦面水平方向的應(yīng)力形變是導(dǎo)致激光光束質(zhì)量退化的主要因素。這是因?yàn)樵诼尤肷浒鍡l結(jié)構(gòu)中，激光光路上水平方向端面應(yīng)力形變引起的光程差約為板條Z方向端面應(yīng)力形變的2n/sinθ倍（如圖6所示，D_E為Z方向的應(yīng)變，則由端面應(yīng)力形變造成的水平方向光程差約為2nD_E/sinθ，n為板條折射率，θ為掠入射角度）。也就是說，與垂直于泵浦面入射的激光相比，掠入射板條結(jié)構(gòu)中的端面應(yīng)力形變（水平方向）引起的光程差被放大了幾十倍（掠入射角度約介于5~10度之間），泵浦面（激光內(nèi)全反射面）水平方向的應(yīng)力形變成為激光光束質(zhì)量退化的主要因素。

目前，研究人員主要采取了兩種方法來降低端面應(yīng)力形變對激光光束質(zhì)量的影響。K. Nawata等人采用相位共扼鏡對光束質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償，降低端面應(yīng)力形變對激光光束質(zhì)量的影響。M. Abe等人在泵浦端面貼合一塊藍(lán)寶石來有效降低端面應(yīng)力形變的影響。

引入相位共扼鏡可以有效降低端面應(yīng)力形變對激光光束質(zhì)量的影響，改善激光光束質(zhì)量，但是這會使系統(tǒng)變得復(fù)雜，激光器成本大幅提高。且相位共扼鏡有限的孔徑難以實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。

在板條泵浦面貼合不摻雜晶體可以有效冷卻板條并降低半條的端面應(yīng)力形變，但是該技術(shù)工藝復(fù)雜，難度較大，并且不實(shí)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種用于高功率掠入射板條激光器光束質(zhì)量改善的泵浦結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的首要目的是實(shí)現(xiàn)對高功率掠入射板條激光器光束質(zhì)量的改善

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種用于高功率掠入射板條激光器光束質(zhì)量改善的泵浦結(jié)構(gòu)，泵浦光經(jīng)所述泵浦結(jié)構(gòu)處理后輸入至掠入射結(jié)構(gòu)板條，所述掠入射結(jié)構(gòu)板條用于接收泵浦光的面為泵浦面，為掠入射結(jié)構(gòu)板條，增益介質(zhì)可以為高摻雜Nd釩酸鹽（如Nd:YVO₄，Nd:GdVO₄以及Nd:GdxY_1?xVO₄等）、高摻雜Yb晶體（如Yb:YAG）等。板條前表面為泵浦面，鍍泵浦光增透膜；兩個(gè)側(cè)面為激光通光面，根據(jù)所采用的掠入射角度鍍對應(yīng)激光波長增透膜；上下兩個(gè)大面與熱沉接觸，實(shí)現(xiàn)散熱；后表面打毛處理；泵浦結(jié)構(gòu)包括泵浦光源、耦合系統(tǒng)、水平方向勻化波導(dǎo)、成像系統(tǒng)，其中：