專利名稱：光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光器，特別是一種光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器。
背景技術：
半導體二極管泵浦全固態激光器是用激光二極管代替閃光燈去泵浦固體激光增益介質的激光器。早在60年代，用GaAs 二極管波長為880nm的輻射泵浦Nd: CaW04已得到1064nm的熒光輸出。GaAs激光二極管(簡稱LD)發明后不久，人們已經認識到用LD代替閃光燈作泵浦源有效率高，壽命長和結構緊湊的優點。但LD在功率和可靠性方面均達不到泵浦源的要求，所以研究報告很少。70年代LD的功率沒有很大的突破，但半導體二極管泵浦全固態激光器得研究在新的化學增益材料和波導激光等方面得到明顯的進展。80年代，由于量子阱的出現，LD的閾值電流減小，連續和準連續的功率有了明顯的提高，因而半導體二極管泵浦全固態激光器的工作也上了一個臺階。 自20世紀90年代以來，端面泵浦全固態激光器的發展日新月異，成為國際國內激光技術的研究熱點。根據激光二極管及其列陣輸出光功率的大小及輸出光束的特點，通常有端面泵浦(縱向泵浦)和側面泵浦(橫向泵浦)兩種方式。端面泵浦是中小功率LD泵浦固體激光器常用的一種泵浦方式，具有結構緊湊，整體效率高，空間模式好的特點。端面泵浦全固態激光器中，LD輸出的空間相干光束，沿著光學諧振腔的軸向泵浦，光束聚焦在增益介質的一個小體積內。諧振腔的參數保證泵浦光和諧振腔模的激發空間能很好地重疊在一起，達到模式匹配。重疊程度直接影響光泵浦的率和輸出光束的質量。同時，端面泵浦在入射方向的穿透深度很大，增益介質對泵浦光吸收充分，因而泵浦閾值功率低，斜效率較高。
大多端面泵浦全固態激光器，多采用單端面泵浦方式，由于受晶體中的熱效應所產生熱應力不能超過激光晶體的斷裂應力的限制，增益介質單位面積上存在最大泵浦功率不能很高，因此輸出激光功率相對較小，并由此產生的熱透鏡效應嚴重的影響了激光器的光束質量，同時長期運行穩定性也會受到很大影響，使得端面泵浦全固態激光器在實際激光應用中受到一定的限制。
發明內容
本發明的目的是設計一種輸出功率大的光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器。
為了達到上述目的，本發明采用以下技術解決方案一種光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器，其特征在于它包含第一泵浦源、第二泵浦源、"C "型諧振腔、第一增益介質和第二增益介質，其中，所述的"CZ"型諧振腔主要由平面全反鏡、輸出耦合鏡和兩個二相色鏡組成，所述的第一增益介質設在所述的第一泵浦源的泵浦光路上，所述的輸出耦合鏡設在第一增益介質的后方，所述的第一個二相色鏡設在第一泵浦源與第一增益介質之間的泵浦光路上，所述的第一個二相色鏡與所在的泵浦光路呈一定夾角，使第一個二相色鏡將諧振光運行方向改變90。；所述的第二增益介質設在所述的第二泵浦源的泵浦光路上，所述的平面全反鏡設在第二增益介質的后方，所述的第二個二相色鏡設在第二泵浦源與第二增
3益介質之間的泵浦光路上，所述的第二個二相色鏡與所在的泵浦光路呈一定夾角，使第二 個二相色鏡將諧振光運行方向改變90° ;所述的第一個二相色鏡和第二個二相色鏡以各自 二相色鏡所改變的諧振光光路重合在一起為基準進行位置設置，第一個二相色鏡與第二個
二相色鏡呈90。夾角。 在所述的"c "型諧振腔內還設有調Q器件，調Q器件設在第一在增益介質與輸出
耦合鏡之間，或調Q器件設在第一個二相色鏡和第二個二相色鏡之間所在的光路上。所述
的調Q器件一般為聲光調Q器件，如需高頻輸出時可選用電光調Q器件。所述的第一個二相色鏡與所在的泵浦光路呈45°夾角，所述的第二個二相色鏡與
所在的泵浦光路呈135°夾角，二相色鏡與泵浦光相對的一側鍍制有泵浦光增透介質膜，二
相色鏡與諧振光相對的一側鍍制有諧振光全反膜和泵浦光增透介質膜。 所述的第一泵浦源包含半導體激光二極管模塊、光纖、光學聚焦系統，其中，所述
的光學聚焦系統采用四片式耦合透鏡組合而成。 所述的耦合透鏡中的各鏡片曲率為第一片鏡片的左曲率和右曲率半徑分別為 +46. lmm和+28. 5mm ;第二片鏡片的左曲率和右曲率半徑分別為+762. lmm和+70mm ;第三片 鏡片的左曲率和右曲率半徑分別為-69. 2mm和-796. 2mm ;第四片鏡片的左曲率和右曲率半 徑分別為+50. 93mm和+54. 83mm。 由于采用雙面泵浦雙晶體結構能夠充分利用激活介質的體積，并且能在較大泵浦 功率下穩定運行，可以獲得較大的輸出功率，在不影響激光器穩定的情況下，與單面泵浦激 光器相比，泵浦功率可容許增加一倍，隨之輸出功率也增大到約為單面泵浦的二倍。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
圖1為本實施例結構原理示意圖。
圖2為光學聚焦系統結構原理示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實施例包含第一泵浦源A、第二泵浦源B、" c "型諧振腔、第一增益 介質5、第二增益介質10和調Q器件7，其中 所述的第一增益介質5和第二增益介質10的材料、幾何形狀的各種特征完全相 同。增益介質通常為Nd:YV04，也可以是Nd:GdV04或Nd:YLF等晶體。 所述的"c "型諧振腔主要由平面全反鏡9、輸出耦合鏡8和兩個二相色鏡4、11組 成，所述的第一增益介質5設在所述的第一泵浦源A的泵浦光路上，所述的輸出耦合鏡8設 在第一增益介質5的后方，所述的第一個二相色鏡4設在第一泵浦源A與第一增益介質5 之間的泵浦光路上，所述的第一個二相色鏡4與所在的泵浦光路呈一定夾角，使第一個二 相色鏡4將諧振光運行方向改變90° ;所述的第二增益介質10設在所述的第二泵浦源B的 泵浦光路上，所述的平面全反鏡9設在第二增益介質10的后方，所述的第二個二相色鏡11 設在第二泵浦源B與第二增益介質10之間的泵浦光路上，所述的第二個二相色鏡11與所 在的泵浦光路呈一定夾角，使第二個二相色鏡將諧11振光運行方向改變90° ;所述的第一 個二相色鏡4和第二個二相色鏡11以各自二相色鏡所改變的諧振光光路重合在一起為基準進行位置設置，第一個二相色鏡4與第二個二相色鏡11呈90°夾角。 調Q器件7設在第一個增益介質5與輸出耦合鏡8之間，或調Q器件7設在第一
個二相色鏡4和第二個二相色鏡11之間所在的光路上，它可以使激光輸出以高重復頻率脈
沖輸出。 所述的第一個二相色鏡4與所在的泵浦光路呈45°夾角，所述的第二個二相色鏡
11與所在的泵浦光路呈135。夾角。二相色鏡與諧振光相對的一側鍍制有諧振光全反膜和
泵浦光增透介質膜，二相色鏡與泵浦光相對的一側鍍制有泵浦光增透介質膜。 二相色鏡鍍制諧振光全反膜，目的是使諧振光在諧振腔內諧振時，既能夠進行全
反射，改變諧振光運行方向，又讓諧振光在此處無能量損耗，使得腔內諧振光運行由直線變
為折疊型，使光路中各個光學元件更加緊湊，以減小激光器整體長度。 二相色鏡兩側鍍制泵浦光增透介質膜，一方面使泵浦光在進入增益介質前，能使 泵浦光大部分能量通過二相色鏡，減小其泵浦光能量在此處的損耗，最大限度的進入增益 介質，另一方面減少諧振光在二相色鏡上的能量的損耗。 所述的第一泵浦源A包含半導體激光二極管模塊1、光纖2、光學聚焦系統3，同樣， 所述的第二泵浦源B也包含半導體激光二極管模塊13、光纖14、光學聚焦系統12，其中，所 述的半導體激光二極管模塊1和13的輸出功率、輸出波長等參數完全相同，所述的光纖2 和14各種參數也完全相同，再如圖2所示，所述的光學聚焦系統3或12都采用四片式耦 合透鏡組合而成，所述的耦合透鏡中的各鏡片曲率為第一片鏡片15的左曲率和右曲率半 徑分別為+46. lmm和+28. 5mm ;第二片鏡片16的左曲率和右曲率半徑分別為+762. lmm和 +70mm ;第三片鏡片17的左曲率和右曲率半徑分別為-69. 2mm和-796. 2mm ;第四片鏡片18 的左曲率和右曲率半徑分別為+50. 93mm和+54. 83mm。 工作時，由二極管激光器模塊1和13同時輸出功率相等的兩束泵浦光光束，兩束 光經耦合光纖2和14分別進入到兩個參數相同的光學聚焦系統3和12，光學聚焦系統對能 量不均勻、光斑發散的泵浦光進行整形，使之達到光斑大小為0. 4mm、能量均勻的泵浦光，然 后通過二相色鏡4和11后進入到增益介質，兩塊相同的激光增益介質5和10吸收相同的 泵浦光能量后分別產生熒光輻射，輻射產生的熒光在全反鏡和輸出耦合鏡組成的激光諧振 腔之間的"c "型光路中來回振蕩，諧振振蕩光在分別通過兩個增益介質時，產生更強烈受 激輻射，當"c "型諧振腔內諧振振蕩的光子數超過其本身的輸出閾值時候， 一部分諧振激 光通過輸出耦合鏡，產生波長為1064nm的基模激光光束。隨著泵浦光功率的增加，激光晶 體吸收更多能量，諧振腔內受激產生的諧振光束的能量也越來越大，由此通過輸出耦合鏡 產生的激光光束功率也隨之增加。最終在增益介質注入總功率為60W(單個二極管激光器 模塊輸出30W)時，激光連續輸出最大功率為26. 3W，相應光光轉換效率為43. 8% 。此種類 型的二極管激光器雙端面泵浦的雙晶體全固態激光器，將會在軍事、科研、工業加工等領域 具有很好的應用前途。 綜上所述，本發明與現有技術相比具有以下優點 1、光束質量較好。兩增益介質產生的熱透鏡組成共焦系統，有效地避免高功率下 單個晶體產生的嚴重的熱透鏡效應，增強腔體的熱穩定性，提高了激光的輸出功率和激光 光束質量。 2、激光基模動態輸出穩定性好。采用雙泵泵浦雙增益介質(激光晶體)，在泵浦光功率的逐漸增加，相應晶體的熱焦距不斷減小的整個過程中，泵浦光和腔模之間都可以維 持非常好的模式匹配，也就是增加泵浦功率時，輸出激光光束質量的改變很小，從而得到近 基模高功率輸出的高質量激光光束。 3、長期工作穩定性較好。采用雙晶體雙泵浦結構，避免高泵浦功率密度情況下可 能導致的晶體損傷，減小單個晶體對產生熱量的負擔，增加散熱面積，也為全風冷式整機散 熱結構設計提供可能。 4、器件排布緊湊。采用兩次折疊的"c "型腔，大大縮小了激光器整體長度，使器 件整體排布更為緊湊。
權利要求
一種光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器，其特征在于它包含第一泵浦源(A)、第二泵浦源(B)、型諧振腔、第一增益介質(5)和第二增益介質(10)，其中，所述的型諧振腔主要由平面全反鏡(9)、輸出耦合鏡(8)和兩個二相色鏡(4)、(11)組成，所述的第一增益介質(5)設在所述的第一泵浦源(A)的泵浦光路上，所述的輸出耦合鏡(8)設在第一增益介質(5)的后方，所述的第一個二相色鏡(4)設在第一泵浦源(A)與第一增益介質(5)之間的泵浦光路上，所述的第一個二相色鏡(4)與所在的泵浦光路呈一定夾角，使第一個二相色鏡(4)將諧振光運行方向改變90°；所述的第二增益介質(10)設在所述的第二泵浦源(B)的泵浦光路上，所述的平面全反鏡(9)設在第二增益介質(10)的后方，所述的第二個二相色鏡(11)設在第二泵浦源(B)與第二增益介質(10)之間的泵浦光路上，所述的第二個二相色鏡(11)與所在的泵浦光路呈一定夾角，使第二個二相色鏡將諧(11)振光運行方向改變90°；所述的第一個二相色鏡(4)和第二個二相色鏡(11)以各自二相色鏡所改變的諧振光光路重合在一起為基準進行位置設置，第一個二相色鏡(4)與第二個二相色鏡(11)呈90°夾角。F2009102231391C0000011.tif,F2009102231391C0000012.tif
2. 根據權利要求1所述的光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器，其特征在于在所述的"c"型諧振腔內還設有調Q器件(7)，調Q器件(7)設在第一在增益介質(5)與輸出耦合鏡(8)之間，或調Q器件(7)設在第一個二相色鏡(4)和第二個二相色鏡(11)之間所在的光路上。
3. 根據權利要求2所述的光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器，其特征在于所述的第一個二相色鏡(4)與所在的泵浦光路呈45。夾角，所述的第二個二相色鏡(11)與所在的泵浦光路呈135°夾角，二相色鏡與諧振光相對的一側鍍制有諧振光全反膜和泵浦光增透介質膜，二相色鏡與泵浦光相對的一側鍍制有泵浦光增透介質膜。
4. 根據權利要求3所述的光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器，其特征在于所述的第一泵浦源(A)包含半導體激光二極管模塊(1)、光纖(2)、光學聚焦系統(3)，其中，所述的光學聚焦系統(3)采用四片式耦合透鏡組合而成。
5. 根據權利要求4所述的光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器，其特征在于所述的耦合透鏡中的各鏡片曲率為第一片鏡片(15)的左曲率和右曲率半徑分別為+46. lmm和+28. 5mm ;第二片鏡片(16)的左曲率和右曲率半徑分別為+762. lmm和+70mm ;第三片鏡片(17)的左曲率和右曲率半徑分別為-69. 2mm和-796. 2mm;第四片鏡片(18)的左曲率和右曲率半徑分別為+50. 93mm和+54. 83mm。
全文摘要
本發明涉及激光器，特別是一種光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器。它包含第一泵浦源、第二泵浦源、“”型諧振腔、第一增益介質和第二增益介質，其中，所述的“”型諧振腔主要由平面全反鏡、輸出耦合鏡和兩個二相色鏡組成，所述的輸出耦合鏡和平面全反鏡分別設在第一增益介質和第二增益介質的后方，所述的第一個二相色鏡和第二個二相色鏡分別設在第一泵浦源的泵浦光路上和第二泵浦源的泵浦光路上，并與所在的泵浦光路呈一定夾角，兩個二相色鏡呈90°夾角。其目的是為了設計一種輸出功率大的光纖耦合雙端面泵浦全固態激光器。與現有技術相比具有光束質量較好、激光基模動態輸出穩定性好、長期工作穩定性較好等優點。
文檔編號H01S3/16GK101719623SQ200910223139
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月13日 優先權日2009年11月13日
發明者鄭宣成, 陳柏眾 申請人:溫州市嘉泰激光科技有限公司