單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器的制造方法
【專利摘要】一種單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，包括：一全反射鏡；一第一聲光Q開關、一激光振蕩模塊、一第二聲光Q開關、一部分透過鏡、一一級放大模塊、一二級放大模塊、一三級放大模塊和一四級放大模塊均依次位于全反射鏡的同軸光路上。本發明具有價格經濟、應用廣泛和可以連續波激光二極管獲得高平均功率、高光束質量的準連續激光，同時具有裝調方便和激光器整體性能穩定的優點。
【專利說明】單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器
【技術領域】
[0001]本發明專利涉及固體激光器【技術領域】，尤其涉及一種單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，能夠在振蕩級完全關斷的前提下實現平均功率大于IkW的準連續激光輸出，并保持良好的光束質量，具有穩定、裝調方便、使用壽命長的特點。
【背景技術】
[0002]高平均功率、高光束質量的準連續激光器在工業加工等領域有著極為廣泛和重要的應用，已經成為當前激光技術的研究熱點之一。目前，公知的激光二極管側泵棒狀/柱狀激光晶體的高功率準連續激光器有兩種技術方案:
[0003]利用高功率準連續激光二極管對激光晶體進行泵浦，從而直接獲得準連續激光輸出。但是這種方法使用的高功率準連續激光二極管封裝復雜，造價高昂。
[0004]在多棒串接、連續輸出的高功率全固態激光器振蕩腔中加入調Q或鎖模等光學器件，間接獲得準連續激光輸出。但是這種方法存在兩個問題:1)對調Q或鎖模等光學器件的要求較高，不易實現激光振蕩腔的完全關斷；2)裝調非常困難，必須保證激光腔內所有的光學器件嚴格同軸，稍有差異就會造成輸出功率大大降低、甚至無任何激光輸出。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于，提供了一種單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，具有價格經濟、應用廣泛和可以連續波激光二極管獲得高平均功率、高光束質量的準連續激光，同時具有裝調方便和激光器整體性能穩定的優點。
[0006]為達到上述目的，本發明專利提供一種單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，包括:
[0007]一全反射鏡；
[0008]一第一聲光Q開關，其位于全反射鏡的同軸光路上；
[0009]—激光振蕩模塊,其位于全反射鏡的同軸光路上,位于第一聲光Q開關之后；
[0010]—第二聲光Q開關,其位于全反射鏡的同軸光路上,位于激光振蕩模塊之后；
[0011]一部分透過鏡，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于第二聲光Q開關之后；
[0012]一一級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于部分透過鏡之后；
[0013]一二級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于一級放大模塊之后；
[0014]一三級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于二級放大模塊之后；
[0015]一四級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于三級放大模塊之后。
[0016]本發明專利的有益效果是:本發明專利提供的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，能夠獲得平均功率超過IkW的準連續激光，具有較好的光束質量和總體效率，裝調簡單，穩定可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】[0017]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明如后，其中:
[0018]圖1為本發明專利提供的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器的示意圖。【具體實施方式】
[0019]請參閱圖1所示，本發明提供一種單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，包括:
[0020]一全反射鏡I，所述全反射鏡I是平面鏡、平凹鏡或平凸鏡，所述全反射鏡I是K9材料，或是熔石英材料；
[0021]一第一聲光Q開關2，其位于全反射鏡I的同軸光路上；
[0022]一激光振蕩模塊3，其位于全反射鏡I的同軸光路上，位于第一聲光Q開關2之后，所述激光振蕩模塊3采用的激光晶體為圓棒狀結構或柱狀結構，所述激光振蕩模塊3的數量為1-2個；
[0023]—第二聲光Q開關4,其位于全反射鏡I的同軸光路上,位于激光振蕩模塊3之后；
[0024]其中所述第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4相互正交放置。
[0025]一部分透過鏡5，其位于全反射鏡I的同軸光路上，位于第二聲光Q開關4之后，所述部分透過鏡5是平面鏡、平凹鏡或平凸鏡，所述部分透過鏡5是K9材料，或是熔石英材料；
[0026]一一級放大模塊6，其位于全反射鏡I的同軸光路上，位于部分透過鏡5之后；
[0027]—二級放大模塊7,其位于全反射鏡I的同軸光路上,位于一級放大模塊6之后；
[0028]一三級放大模塊8，其位于全反射鏡I的同軸光路上，位于二級放大模塊7之后；
[0029]一四級放大模塊9，其位于全反射鏡I的同軸光路上，位于三級放大模塊8之后。
[0030]其中所述一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9均用于激光放大，所述一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9采用的激光晶體為圓棒狀結構或柱狀結構。
[0031]其中所述全固態準連續激光器激光脈沖寬度為lns500ns。
[0032]請參閱圖1所示，圖1為本發明專利提供的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器的示意圖，該全固態準連續激光器包括光學同軸的全反射鏡1、第一聲光Q開關2、激光振蕩模塊3、第二聲光Q開關4、部分透過鏡5和一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9，其中全反射鏡I與部分透過鏡5構成激光振蕩腔,激光振蕩模塊3位于該激光振蕩腔內；一、二、
三、四級放大模塊6、7、8、9依次位于激光振蕩腔之外進行激光放大；第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4位于激光振蕩腔內、且以正交的方式分別位于激光振蕩模塊3左右兩側。
[0033]請參閱圖1所示，在激光振蕩腔左端是一個對輸出激光高反的全反射鏡1，并且在激光振蕩腔內只有一個激光振蕩模塊3,但并不限于只有一個,但最多不超過兩個。激光振蕩腔內激光振蕩模塊3到全反射鏡I和部分透過鏡5的距離可以相同，也可以不同，為了保證總體上的簡單和穩定，本實施例中激光振蕩腔的兩臂長相同。然后，在激光振蕩腔內激光振蕩模塊3的左右兩側正交放入第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4,第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4應盡量靠近激光振蕩模塊3放置。然后,在激光輸出的方向上依次放置一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9。所有激光模塊的規格可以相同，也可以不同，為了保證總體上的簡單和穩定，本實施例中激光振蕩模塊3和一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9規格相同。具體放置一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9的時候，應保證相鄰兩個激光模塊連線的中點剛好處于激光束腰位置。
[0034]再參閱圖1所不，該激光器包括全反射鏡1、第一聲光Q開關2、激光振蕩模塊3、第二聲光Q開關4、部分透過鏡5和一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9。其中,激光振蕩模塊3和一、二、三、四級放大模塊6、7、8、9均為最高平均輸出功率300W、LD側泵結構的激光模±夾，采用摻雜濃度為0.6%的Nd =YAG激光晶體為工作物質，晶體尺寸為Φ4πιπιΧ 120mm, LD輸出的泵浦波長為808nm，激光振蕩腔輸出的種子光源波長為1064nm。全反射鏡I是一個對808nm激光高透、對1064nm激光高反的平面鏡，部分透過鏡5是一個對808nm激光高透、對1064nm激光的透過率T=30%的平面鏡。第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4工作波長1064nm、衍射效率≥70%、工作頻率40MHz±0.IMHz0
[0035]首先測試五個激光模塊，選出一個在額定工作電流下，輸出功率較高的激光模塊作為激光振蕩模塊3，振蕩腔的長度(即全反射鏡I與部分透過鏡5之間的距離)可以選取不同的數值，一般來說在合理范圍內，腔長越長，光束質量越好。經過綜合考慮，本實施例中全反射鏡I和部分透過鏡5與激光振蕩模塊3的激光晶體左右端面的距離均為100mm，既保證了較好的光束質量，又避免了由于腔長過長而引起的振蕩腔徑向和切向穩區重合范圍過小的問題。調節兩個腔鏡(即全反射鏡I和部分透過鏡5)，使振蕩腔輸出功率最高。然后在盡量靠近激光振蕩模塊3的位置，以正交的方式放入第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4，并且均設定為關斷狀態，調整第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4的角度，確保當激光振蕩模塊3的驅動電流增加到額定電流時，振蕩腔仍然沒有激光輸出。此時，可以將第一聲光Q開關2和第二聲光Q開關4調整為打開狀態，并設定工作頻率為20kHz。
[0036]然后，加入一級放大模塊6。一般來說,振蕩腔輸出激光的束腰位置應該在部分透過鏡5處，因而應使一級放大模塊6的激光晶體的左端面與部分透過鏡5間距100mm。但是由于熱致雙折射效應等影響，實際的束腰位置通常小于理論值。因此需要先利用光斑測試儀或刀口法等手段測試、計算出振蕩腔輸出激光的束腰位置。本實施例中計算得出的振蕩級激光束腰位置為距激光振蕩模塊3晶體右端面90mm處，因此一級放大模塊6的左端面應距離激光振蕩模塊3右端面180_。具體操作方法是將激光振蕩模塊3的驅動電流加到剛過閾值的狀態，將一級放大模塊6放入光路中，使用激光探片作為檢測手段，確保振蕩腔輸出的激光通過一級放大模塊6的激光晶體的中心。需要注意的是，如果一級放大模塊6放得過遠，則照射到一級放大模塊6晶體左端面的激光光斑直徑可能會大于晶體直徑，導致激光模塊被燒壞；反之，如果放得太近，則可能導致兩個結果:1)入射光斑過小、功率密度過高導致晶體端面損傷，2)提取效率低下、整體功率偏低。
[0037]使用同樣的方法依次放入二、三、四級放大模塊7、8、9。經測算，本實施例中一級放大模塊6與二級放大模塊7的間距為160mm，二級放大模塊7與三級放大模塊8的間距為95mm,三級放大模塊8與四級放大模塊9的間距為80mm。
[0038]本實施例中激光振蕩腔輸出的準連續激光種子源最高平均功率為282W，經四級放大后最高平均功率可達1023W、光束質量參數積BPP=13.0mm.mracU重復頻率20kHz、脈沖寬度 82ns。
[0039]以上所述的具體實施例，對本發明專利的目的、技術方案和有益效果進行了進一步說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明專利的具體實施例而已，并不用于限制本發明專利，凡在本發明專利的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明專利的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，包括: 一全反射鏡； 一第一聲光Q開關，其位于全反射鏡的同軸光路上； 一激光振蕩模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于第一聲光Q開關之后； 一第二聲光Q開關，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于激光振蕩模塊之后； 一部分透過鏡，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于第二聲光Q開關之后； 一一級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于部分透過鏡之后； 一二級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于一級放大模塊之后； 一三級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于二級放大模塊之后； 一四級放大模塊，其位于全反射鏡的同軸光路上，位于三級放大模塊之后。
2.根據權利要求1所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述第一聲光Q開關和第二聲光Q開關相互正交放置。
3.根據權利要求1所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述全反射鏡和部分透過鏡是平面鏡、平凹鏡或平凸鏡。
4.根據權利要求3所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述全反射鏡和部分透過鏡是K9材料，或是熔石英材料。
5.根據權利要求1所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述一、二、三、四級放大模塊均用于激光放大。
6.根據權利要求1所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述激光振蕩模塊和一、二、三、四級放大模塊采用的激光晶體為圓棒狀結構或柱狀結構。
7.根據權利要求1所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述激光振蕩模塊的數量為1-2個。
8.根據權利要求1所述的單級振蕩加多級放大的全固態準連續激光器，其中所述全固態準連續激光器激光脈沖寬度為lns-500ns。
【文檔編號】H01S3/10GK103887694SQ201410143011
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】劉燕楠, 林學春, 侯瑋, 趙偉芳, 梁浩 申請人:中國科學院半導體研究所