專利名稱：一種具有圓環臺形反射棱鏡的固體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種固體激光器，屬于激光器領域。
背景技術：
現有的固體激光器一般都是簡單采用平板型或圓柱形的增益介質，對于這樣的激光器來說，如果需要增大激光器的發射功率，則需要增加泵浦能量并且還需要增加平板型或圓柱形增益介質的截面積(半徑)。如果只是簡單的增加泵浦能量則可能會超過增益介質的承受能力，從而對增益介質產生永久性的破壞，所以在增加泵浦能量的同時需要增加增益介質的截面積。但是增益介質的截面積增加之后又會出現新的問題，這些新的問題包括:1)截面積的增加(也即半徑的增加)會使得激光器出射光束的半徑增加，出射光束的半徑增加之后在一定程度上就降低了激光的強度(也即單位面積內的能量分布)，這對于提高的激光束的強度是不利的；2)截面積變大之后散熱問題更加突出，因為散熱裝置只能分布于增益介質的四周，截面積越大，導致散熱裝置對于增益介質內部的散熱能力越差；3)半徑增加之后，使得增益介質的體積變大，體積變大之后散熱的不均勻性將變得更加明顯，從而導致增益介質的徑向折射率梯度變大，這使得激光束的橫向分布性變得更差；4)隨著截面積的增加，泵浦的光均勻性分布也會變差。本發明就是針對現有技術中的該問題提出來的，提供了一種高強度的固體激光器。
發明內容
根據本發明，提供了一種固體激光器，包括:光路上依次排列設置的輸出鏡1，圓環臺形反射棱鏡2,圓環形固體激光增益介質3,全反射端圓環形透鏡4,全反射鏡5;在輸出鏡I和全反射鏡5之間形成諧振腔；輸出鏡I為半透半反鏡，用于將諧振腔內的振蕩激光輸出；圓環臺形反射棱鏡2為中心具有穿孔的圓環臺形，該圓環臺形反射棱鏡為中心具有通孔的圓臺，該圓臺包括相互平行的上表面和下表面，并且上表面的面積大于下表面，該圓臺的外側面與上表面成45度夾角，該圓臺的中心孔的最小直徑處的直徑等于圓環形固體激光增益介質的內部圓柱體的直徑，并且該中心孔包括兩部分，一部分為平行于該圓臺外側面的上內側面，另外一部分為則垂直于圓臺下表面的下內側表面，從而形成一個漏斗狀的中心孔，由圓環形固體激光增益介質內的圓柱體所產生的振蕩光恰好通過漏斗狀中心孔的垂直部分，而由圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱所產生的振蕩光則先后經過圓環臺形反射棱鏡的外側面和中心孔的與所述外側面平行的上內側面的反射之后以與圓柱體內出射的光相平行的方式入射到輸出鏡I上，并且由圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱所產生的環形激光的內側邊緣正好入射到與圓臺的外側面平行的上內側面的內邊緣，從而使得圓環柱所產生的激光與圓柱體所產生的激光在射出該圓臺的時候以相接的方式形成一個整體激光束，圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱和內部圓柱體之間留有的圓環形的空隙內設置有泵浦光源，全反射端圓環形透鏡4中心處的通孔的直徑要大于圓環形固體激光增益介質3的圓柱體的直徑，并且還要小于圓環形固體激光增益介質3的圓環柱的內半徑，并且該透鏡的焦距要盡可能短，以便于使得該激光器的具有緊湊的結構，全反射鏡5位于全反射端圓環形透鏡的焦點處。所述泵浦光源采用沿該圓環形空隙的圓周排列設置的燈管，或者采用由發光二極管組成的雙面發光的圓筒形的發光陣列。所述圓環形固體激光增益介質的圓環柱的厚度大于圓環形固體激光增益介質的圓柱體的半徑。所述圓環形固體激光增益介質的圓環柱的厚度1.5倍于圓環形固體激光增益介質的圓柱體的半徑。
圖1為本發明固體激光器的剖面結構示意圖；圖2為本發明固體激光器的諧振腔內部的光路示意具體實施例方式以下在結合附圖的基礎上對于本發明的內容進行更加詳細的描述。圖1示出了本發明的固體激光器剖面結構示意圖，為了畫圖與閱讀的方便該激光器中的某些部件沒有畫出，對于沒有畫出的部分下面會有詳細的描述。在圖1中，I表示輸出鏡，其為半透半反鏡，2為圓環臺形反射棱鏡，3為圓環形固體激光增益介質，該圓環形的激光增益介質包括外圍的圓環柱以及位于圓環柱內圓柱體,外圍的圓環柱和內部的圓柱體之間留有空隙，4表示全反射端圓環形透鏡，5表示全反射鏡。輸出鏡I,圓環臺形反射棱鏡2,圓環形固體激光增益介質3,全反射端圓環形透鏡
4,全反射鏡5在光路上依次排列,在輸出鏡I和全反射鏡5之間形成諧振腔。輸出鏡I為半透半反鏡，用于將諧振腔內的振蕩激光輸出，其為普通的激光輸出鏡。圓環臺形反射棱鏡為中心具有穿孔的圓環形，圖1和圖2中示出的是截面圖，其實際的形狀應該為以圖1中示出的上下兩個棱鏡截面之間的中心旋轉一周所形成的整個圖形，該圓環臺形反射棱鏡為中心具有通孔的圓臺形，該圓臺形包括相互的平行的上表面和下表面，并且上表面的面積大于下表面，該圓臺的外側面與上表面成45度夾角，該具有中心通孔的圓臺的中心孔的直徑等于圓環形固體激光增益介質的內部圓柱體的直徑，并且該中心孔的表面包括兩部分，一部分為平行于該圓臺的外側面的上內側面，另外一部分則垂直于圓臺下表面下內側面，從而形成一個漏斗狀的中心孔，由圓環形固體激光增益介質內的圓柱體所產生的振蕩激光恰好通過漏斗形中心孔的垂直部分，而由圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱所產生的振蕩光則先后經過圓環臺形反射棱鏡的外側面和中心通孔的與所述外側面平行的內側面反射之后以與圓柱體內出射的光相平行的方式入射到輸出鏡I上，并且由圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱所產生的環形激光的內側邊緣正好入射到與圓臺的外側面平行的內側面的內邊緣，從而使得圓環柱所產生的激光與圓柱體所產生的激光以相接的方式形成一個整體激光束，圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱和內部圓柱體之間留有的圓環形的空隙內設置有泵浦光源，泵浦光源可采用沿該圓環形空隙的圓周排列設置的燈管，也可以是由發光二極管組成的雙面發光的圓筒形的發光陣列。全反射端圓環形透鏡4中心處的通孔的直徑要大于圓環形固體激光增益介質3的圓柱體的直徑，并且還要小于圓環形固體激光增益介質3的圓環柱的內半徑，并且該透鏡的焦距要盡可能短，以便于使得該激光器的具有緊湊的結構，全反射鏡5位于全反射端圓環形透鏡的焦點處。同時需要考慮到的是，由于全反射端圓環形透鏡4是將激光束聚焦在了全反射鏡5上，對于功率稍大的激光器來說，由于聚焦位置的激光束能量特別強，很容易對全反射鏡5產生傷害，為此，需要在全反射端圓環形透鏡4與全反射鏡5之間增加一種光學濾波片，該光學濾波器對于諧振激光的透射率小于10 %，反射率大于90 %，這樣，透射過該光學濾波片的激光束同樣會聚焦到全反射鏡5作為激光諧振的種子光，同時又不會由于聚焦激光束的能量過強而對全反射鏡5產生損傷。該特征作為本發明的發明點之一，屬于我們首次提出并驗證的用于解決在本發明的裝置中有效解決種子光的獲得與聚焦能量過強之間矛盾的方法和裝置，很好的擴大了本發明裝置的適用性。下面來著重說明上述設置所帶來的優點:I)全反射鏡位于全反射端圓環形透鏡的焦點處，這樣就可以使得增益介質的相分離的內部圓柱體內的和外部圓環柱內的激光混合在一起的形成一個統一的諧振腔，即使激光束是分別在相分離的內部圓柱體內的和外部圓環柱內獲得增益，但是由于是在同一諧振腔內震蕩，所以他們具有完全相同的特性，并且由于使用了特定形狀的圓環臺形反射棱鏡，在輸出的時候完在空間上緊密的合成為一束激光束，從而使得輸出的激光束強度得到大大增強；2)全反射端的圓環形透鏡的焦距設置的小便于整個激光的集成，使得激光器體積小;3)將泵浦裝置設置在圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱和內部圓柱體之間留有的圓環形的空隙內，并且設置為雙面發光，這使得對激光增益介質的泵浦更加均勻，同時由于激光增益介質是空間上分離的兩部分，從而使得每一部分厚度都得到了降低，這就使得散熱效果更加，其中的散熱裝置可在增益介質外部以及外圍圓環柱和內部圓柱體之間留有的圓環形的空隙內同時設置，而散熱裝置采用現有的可用裝置即可，此處不再贅述；為了實現較好的散熱以及較高的激光輸出能量，最好使得圓環形固體激光增益介質的圓環柱的厚度(也即內外半徑差)大于圓環形固體激光增益介質的圓柱體的半徑，優選設置為圓環形固體激光增益介質的圓環柱的厚度為圓環形固體激光增益介質的圓柱體的半徑的1.5倍。并且圓環形固體激光增益介質內的圓柱體的直徑最好不要大于5cm，因為當直徑大于5cm時，由于外部圓環柱以及泵浦源的作用，對于內部的圓柱體增益介質可能會產生較大的影響。
權利要求
1.一種固體激光器，包括:光路上依次排列設置的輸出鏡1，圓環臺形反射棱鏡2，圓環形固體激光增益介質3，全反射端圓環形透鏡4，全反射鏡5 ;在輸出鏡I和全反射鏡5之間形成諧振腔； 輸出鏡I為半透半反鏡，用于將諧振腔內的振蕩激光輸出；圓環臺形反射棱鏡2為中心具有穿孔的圓環臺形，該圓環臺形反射棱鏡為中心具有通孔的圓臺，該圓臺包括相互平行的上表面和下表面，并且上表面的面積大于下表面，該圓臺的外側面與上表面成45度夾角，該圓臺的中心孔的最小直徑處的直徑等于圓環形固體激光增益介質的內部圓柱體的直徑，并且該中心孔包括兩部分，一部分為平行于該圓臺外側面的上內側面，另外一部分則為垂直于圓臺下表面的下內側表面，從而形成一個漏斗狀的中心孔，由圓環形固體激光增益介質內的圓柱體所產生的振蕩光恰好通過漏斗狀中心孔的垂直部分，而由圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱所產生的振蕩光則先后經過圓環臺形反射棱鏡的外側面和中心孔的與所述外側面平行的上內側面的反射之后以與圓柱體內出射的光相平行的方式入射到輸出鏡I上，并且由圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱所產生的環形激光的內側邊緣正好入射到與圓臺的外側面平行的上內側面的內邊緣，從而使得圓環柱所產生的激光與圓柱體所產生的激光在射出該圓臺的時候以相接的方式形成一個整體激光束，圓環形固體激光增益介質的外圍圓環柱和內部圓柱體之間留有的圓環形的空隙內設置有泵浦光源，全反射端圓環形透鏡4中心處的通孔的直徑要大于圓環形固體激光增益介質3的圓柱體的直徑，并且還要小于圓環形固體激光增益介質3的圓環柱的內半徑，并且該透鏡的焦距要盡可能短，以便于使得該激光器的具有緊湊的結構，全反射鏡5位于全反射端圓環形透鏡的焦點處，并且，在所述全反射端圓環形透鏡4與全反射鏡5之間還具有一光學濾光片。
2.根據權利要求1所述的固體激光器，所述泵浦光源采用沿該圓環形空隙的圓周排列設置的燈管，或者采用由發光二極管組成的雙面發光的圓筒形的發光陣列。
3.根據權利要求1或2所述的固體激光器，所述圓環形固體激光增益介質的圓環柱的厚度大于圓環形固體激光增益介質的圓柱體的半徑。
4.根據權利要求3所述的固體激光器，所述圓環形固體激光增益介質的圓環柱的厚度1.5倍于圓環形固體激光增益介質的圓柱體的半徑。
5.根據權利要求1的固體激光器，所述光學濾光片對于諧振激光的透射率小于10%，反射率大于90%。
全文摘要
一種固體激光器，包括光路上依次排列設置的輸出鏡1，圓環臺形反射棱鏡2，圓環形固體激光增益介質3，全反射端圓環形透鏡4，全反射鏡5；在輸出鏡1和全反射鏡5之間形成諧振腔。
文檔編號H01S3/081GK103151690SQ20131002510
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者任芝, 李松濤 申請人:華北電力大學(保定)