專利名稱：高功率高質量固體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體激光器的制備。
背景技術：
近年來，固體激光器特別是高功率固體激光器和二極管泵浦固體激光器及其應用研究得到迅速發展。在工業激光材料加工、激光醫學、激光化學以及國防軍事等方面獲得廣泛的應用。固體激光器具有輸出能量大、峰值功率高、便于光纖耦合、單元技術成熟等優點。其主要缺點是熱效應嚴重、限制了輸出功率的進一步提高和光束質量的改善。為了減小熱效應，獲得高功率高質量的激光輸出，國內外采用了各種激光腔結構，實現對熱致雙折射的補償。
Koji Yasui提出了HIPER結構，即在兩根相互靠近的激光棒之間放置90°旋光器。這種結構優點是插入損耗小，缺點是只有當光束以對稱的方式通過相同長度的介質，才能實現對雙折射的補償，并且雙聚焦仍導致徑向切向光束分離，因此耦合輸出光束仍然有較差的光束質量。如果兩根棒之間的間距較大，或者諧振腔不是對稱腔，徑向和切向的基模光斑尺寸差異會加大。
等提出了在兩根激光棒間加光學元件的補償方法。一種為加一個90°偏振旋轉器和一個薄透鏡(焦距f)的光學元件組合。其中薄透鏡到兩個激光棒的主平面的距離都為2f。另一種光學元件組合為一個90°偏振旋轉器和兩個薄透鏡。兩個透鏡組成4f系統。這種結構優點是能獲得很好的熱致雙折射補償，缺點是其插入損耗大，不適合用于連續低增益激光系統。
Martin Ostermeyer等提出的單棒腔結構，即在一根激光棒端面與后腔鏡之間放置45°法拉第旋光器。其中后腔鏡到棒主平面的距離等于后腔鏡的曲率半徑。這種結構很好的解決了上述問題，但是對于一些低增益激光高功率輸出的要求仍然得不到滿足。
我們發明了一種激光器諧振腔結構，克服以上不足，獲得高功率高光束質量的激光輸出。
發明內容
本發明的目的是針對以上不足，設計一種既能獲得高功率又具有優良光束質量的固體激光器的諧振腔結構。
現結合附圖1描述激光器結構。整個激光器主要由激光增益介質，泵浦系統與諧振腔組成。其中激光增益介質1可為兩根或兩根以上的激光晶體。各個晶體端面嚴格平行，串聯位于諧振腔中。泵浦系統包括泵浦源2，泵浦腔3，泵浦電源4。其中泵浦源可為閃光燈或半導體泵浦。為補償熱致雙折射，本發明采用在全反鏡和激光晶體間放置45°旋光器或 波片的方法。其中激光晶體的系統主平面與全反鏡的距離與全反鏡的曲率半徑相等。
現結合附圖2說明本發明的技術優點。兩根激光晶體盡量靠近放置，可以等效為熱焦距f=f1f2f1+f2-dm]]>的厚透鏡系統。厚透鏡像方主平面到后腔鏡的距離d2′=d2+lH′=d2+fdmf1,]]>若d2′等于后腔鏡的曲率半徑R2，則棒系統主平面通過后腔鏡成像于自身。并且激光往返通過45°旋光器或 波片，徑向與切向偏振光相互交換。光在腔內往返兩次后就能滿足完全補償雙折射的條件。但由于激光棒熱焦距與泵浦功率成反比，棒系統主平面也隨著泵浦功率變化。因此后腔鏡曲率半徑R2的選取與泵浦功率有關，不同的泵浦功率對應不同的R2。對于一般高功率連續系統所要求的穩定泵浦范圍，lH′的變化與d2相比可以忽略，認為能基本補償熱致雙折射效應。
綜上所述，本文所示的諧振腔結構與其他所知結構相比，在各種不同條件下，只要適當改變腔參數都能獲得好的熱致雙折射補償效果。插入損耗小，可適用于低增益激光輸出。多根激光晶體無需完全一致，就能得到高質量高功率的激光輸出。
圖1為本激光器結構示意圖。其中1--激光晶體，2--激光泵浦源，3--泵浦腔，4--激光泵浦電源，5--45°旋光器或者 波片，6-輸出鏡，7-全反鏡。
圖2為本激光器工作原理圖。其中H1，H2′分別表示第一，二根棒的物方和像方主平面。H，H′表示兩根棒系統物方、像方主平面。f1，f2分別表示第一，第二根棒的熱焦距。dm表示兩棒主平面之間的距離。d2表示全反鏡到H2′的距離。d2′表示全反鏡到H′的距離。lH′表示H′到H2′的距離。R1，R2分別表示輸出鏡與后腔鏡的曲率半徑。
具體實施例圖1中1為φ8×150mm的Nd:YAG的激光工作物質，用來產生粒子數反轉，摻雜的Nd3+的離子濃度為0.8at％；2為兩根串接的連續氪燈，來泵浦工作物質；3為陶瓷腔，腔壁上鍍釉，用于反射泵浦光，腔內通水，用來冷卻工作物質1和泵浦燈2；4為連續電源，通過冷卻系統，為每根YAG棒提供最大12Kw的泵浦功率；5為45°的旋光器，用于補償熱致雙折射效應；6為φ20×5的輸出平凹鏡，其曲率半徑R1＝0.3m，鏡片上鍍對1.319μm透過率為10％的膜層；7為φ20×5的平凹后腔鏡，其曲率半徑R2＝0.5m，鏡片上鍍1.064μm的增透膜與1.319μm的高反膜。兩根YAG棒相互靠近的一個端面都拋成曲率半徑r＝0.8m的球面，兩棒之間的距離為160mm，YAG棒到后腔鏡的距離l2＝0.2m，YAG棒到輸出鏡的距離為l1＝0.7m。YAG棒上的徑向與切向的基模半徑在泵浦功率10-12kW范圍內基本一致，熱致雙折射得到了很好的補償。
權利要求
1.高功率高質量固體激光器，由激光增益介質，泵浦系統與諧振腔組成，其特征在于在全反鏡和激光晶體間放置45°旋光器或 波片，激光晶體的系統主平面到反射鏡的距離為反射鏡的曲率半徑。
全文摘要
高功率高質量固體激光器涉及固體激光器的制備。該激光器由激光增益介質，泵浦系統與諧振腔組成，其特征在于在全反鏡和激光晶體間放置45°旋光器或λ/4波片，激光晶體的系統主平面到反射鏡的距離為反射鏡的曲率半徑。
文檔編號H01S3/08GK1825721SQ20051000852
公開日2006年8月30日 申請日期2005年2月22日 優先權日2005年2月22日
發明者鄭暉, 林授群, 黃見洪, 李綿輝, 林宗志, 葉毅聰, 陳燧, 林文雄 申請人:中國科學院福建物質結構研究所