緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]如今脈沖激光器在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，然而現(xiàn)有的脈沖激光器輸出的峰值功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了許多重要實(shí)際應(yīng)用的要求。針對(duì)這一問題，一種解決方法是采用調(diào)Q技術(shù)。調(diào)Q技術(shù)又叫Q開關(guān)技術(shù)，是將一般輸出的連續(xù)激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發(fā)射，從而使光源的峰值功率可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的一種技術(shù)。如今，調(diào)Q技術(shù)是獲取兆瓦級(jí)峰值功率激光的重要手段。實(shí)現(xiàn)調(diào)Q的方法主要分為主動(dòng)調(diào)Q和被動(dòng)調(diào)Q。被動(dòng)調(diào)Q無需高壓、快速電光驅(qū)動(dòng)器或射頻調(diào)制器，據(jù)此技術(shù)開發(fā)的激光器往往設(shè)計(jì)簡單緊湊、堅(jiān)固且成本低。
[0003]然而，現(xiàn)有的被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)存在的缺陷是:但因無外部控制，性能的精確度不高，輸出光束的穩(wěn)定性較差，其輸出的能量較主動(dòng)調(diào)Q激光器要低。
[0004]空間光耦合進(jìn)多模光纖的調(diào)試難度較大，更關(guān)鍵的是光纖夾具的設(shè)計(jì)，如端面保護(hù)、散熱、穩(wěn)定性等，以及空間光自身的穩(wěn)定性，往往由于高峰值功率激光器自身的穩(wěn)定性較差，尤其是機(jī)械結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的形變，導(dǎo)致空間光耦合效率降低進(jìn)而打壞光纖端面，使得激光器產(chǎn)品的穩(wěn)定性得不到保障。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的在于提高傳統(tǒng)空間光耦合光纖輸出激光的穩(wěn)定性，同時(shí)降低了激光器調(diào)試的難度，并間接提升了傳統(tǒng)空間光耦合光纖輸出激光的峰值功率，提供一種緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器。
[0006]技術(shù)方案:一種緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，包括沿光路方向依次設(shè)置諧振腔、半波片、偏振分束器和光電探測(cè)器，諧振腔包括依次設(shè)置的保羅棱鏡、被動(dòng)調(diào)Q晶體、激光晶體和輸出鏡；所述偏振分束器將光分出一束分光路，分光路上依次設(shè)有親合透鏡、光纖和準(zhǔn)直鏡組。
[0007]進(jìn)一步的，保羅棱鏡在其兩個(gè)斜面上鍍有高反射膜。
[0008]進(jìn)一步的，保羅棱鏡的兩個(gè)斜面相交的線與水平面平行或垂直。
[0009]進(jìn)一步的，諧振腔內(nèi)還包括設(shè)置在保羅棱鏡與被動(dòng)調(diào)Q晶體之間的小孔光闌。
[0010]進(jìn)一步的，被動(dòng)調(diào)Q晶體采用Cr4+:YAG晶體。
[0011]進(jìn)一步的，激光晶體為板條晶體，所述激光晶體采用布魯斯特角切割。
[0012]進(jìn)一步的，激光晶體的栗浦面鍍有808nm的增透膜或鍍有808nm和1064nm的增透膜。
[0013]進(jìn)一步的，栗浦源使用疊陣均勻設(shè)置在激光晶體的中心，對(duì)激光晶體單個(gè)大面中心區(qū)域進(jìn)行栗浦，激光在激光晶體內(nèi)部沿zig-zag路徑傳輸。
[0014]進(jìn)一步的，半波片和偏振分束器的表面均鍍有增透膜。
[0015]進(jìn)一步的，耦合透鏡為非球面透鏡，耦合透鏡表面鍍有增透膜，激光經(jīng)耦合透鏡聚焦后耦合進(jìn)光纖內(nèi)。
[0016]有益效果:本實(shí)用新型采用了結(jié)構(gòu)簡單的被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)，同時(shí)采用保羅棱鏡兩個(gè)相交的斜面作為全反腔鏡取代了傳統(tǒng)的平面全反腔鏡，使得激光器在一個(gè)維度上處于免調(diào)試狀態(tài)，因此能夠更為快捷地調(diào)試出激光，并且應(yīng)用在工程機(jī)中可以抵消安裝板在工作時(shí)產(chǎn)生的部分形變，從而保證在嚴(yán)峻的環(huán)境條件下腔的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，由于諧振腔在一定程度上提升了穩(wěn)定性后，降低了光纖損壞的風(fēng)險(xiǎn)，并間接提升了光纖輸出激光的峰值功率。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的光路示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型保羅棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，以便更好地理解本實(shí)用新型。
[0020]如圖1所示，一種緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，包括沿光路方向依次設(shè)置諧振腔、半波片(7)、偏振分束器(8)和光電探測(cè)器(9)，其特征在于，諧振腔包括依次設(shè)置的保羅棱鏡(I)、被動(dòng)調(diào)Q晶體(3)、激光晶體(4)和輸出鏡(6);偏振分束器(8)將光分出一束分光路，分光路上依次設(shè)有耦合透鏡(10)、光纖(11)和準(zhǔn)直鏡組(12)。
[0021]如圖2所示，保羅棱鏡I包括互相垂直的a、b兩個(gè)斜面，a與b相交于線I，I的中點(diǎn)為M，保羅棱鏡I還包括縱向面C，本實(shí)施例中縱向面c為長方形，縱向面c的幾何中心即為該長方形的對(duì)角線交點(diǎn)P;保羅棱鏡I為鍍有1064nm高反射膜的全反腔鏡，高反射膜鍍于保羅棱鏡I的a和b這兩個(gè)斜面上。為了防止保羅棱鏡I產(chǎn)生退偏現(xiàn)象，I與水平面平行或垂直，水平面即圖1中垂直于紙面方向。由于保羅棱鏡I具有兩個(gè)相交的全反面取代了傳統(tǒng)的平面全反腔鏡，因此采用保羅棱鏡I作為腔鏡后可使得激光器在一個(gè)維度上處于免調(diào)試狀態(tài)，能夠更為快捷地調(diào)試出激光，并且應(yīng)用在工程機(jī)中可以抵消安裝板在工作時(shí)產(chǎn)生的部分形變，從而保證在嚴(yán)峻的環(huán)境條件下腔的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0022]諧振腔內(nèi)還包括設(shè)置在保羅棱鏡I與被動(dòng)調(diào)Q晶體3之間的小孔光闌2，這樣可以進(jìn)一步抑制高階橫模的起振。本實(shí)施例中小孔光闌2的直徑為3mm。
[0023]被動(dòng)調(diào)Q晶體3為Cr4+:YAG晶體，即Y3Al5O12(釔鋁石榴石)，以獲得調(diào)Q脈沖激光輸出。
[0024]激光晶體4為Nd= YAG板條晶體，即Nd = Y3Al5O12(摻釹釔鋁石榴石)，激光晶體4采用布魯斯特角(Brewster angI e)切割，這樣可以直接獲得線偏振的激光。激光晶體4的摻雜濃度為1.lat%，尺寸為3.5*5*44.2mm。激光晶體4的栗浦面鍍有808nm的增透膜或鍍有808nm和1064nm的增透膜，本實(shí)施例中使用的是808nm和1064nm的增透膜，從而防止1064nm的激光在厚度方向上產(chǎn)生寄生振蕩，提高激光的轉(zhuǎn)換效率。
[0025]栗浦源5使用三個(gè)疊陣均勻設(shè)置在激光晶體4的中心，對(duì)激光晶體4單個(gè)大面中心區(qū)域進(jìn)行栗浦，本實(shí)施例中的中心區(qū)域?yàn)?*38mm。激光晶體4內(nèi)部只在沿厚度方向呈現(xiàn)一維溫度梯度分布，在一定程度上降低了熱致雙折射效應(yīng)。激光在激光晶體4內(nèi)部沿zig-zag(“之”字形)路徑傳輸，降低了光學(xué)畸變對(duì)光束質(zhì)量的影響。
[0026]輸出鏡6選用透過率T= 60%的腔鏡。
[0027]半波片7和偏振分束器8配合使用可改變耦合進(jìn)光纖的能量大小，半波片7和偏振分束器8的表面均鍍有1064nm的增透膜。
[0028]光電探測(cè)器9對(duì)激光進(jìn)行采樣，用于后期的信號(hào)處理。
[0029]耦合透鏡10為焦距30mm的非球面透鏡，耦合透鏡10表面鍍有1064nm的增透膜，得到的調(diào)Q激光光束質(zhì)量M2為4，聚焦前光斑直徑為I.8mm，發(fā)散角為1.5mrad，經(jīng)30mm透鏡聚焦后得到焦面處光斑為90um，發(fā)散角為30mrad。激光經(jīng)聚焦后耦合進(jìn)光纖11內(nèi)，本實(shí)施例中的光纖11為數(shù)值孔徑NA為0.12、纖芯直徑為200um的多模光纖，且光纖輸出和輸入端面鍍1064nm增透膜，最高可輸出1mJ能量、1ns脈寬的激光。激光經(jīng)親合透鏡10聚焦后親合進(jìn)光纖11內(nèi)。
[0030]準(zhǔn)直鏡組12將激光光束準(zhǔn)直，以便在實(shí)際應(yīng)用中使用。
[0031]本實(shí)用新型本采用被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)，同時(shí)采用保羅棱鏡兩個(gè)相交的斜面作為全反腔鏡取代了傳統(tǒng)的平面全反腔鏡，使得激光器在一個(gè)維度上處于免調(diào)試狀態(tài)，因此能夠更為快捷地調(diào)試出激光，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了光纖損壞的風(fēng)險(xiǎn)，并間接提升了光纖輸出激光的峰值功率。
[0032]以上僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)理解，上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于供本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并非【具體實(shí)施方式】的窮舉，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，包括沿光路方向依次設(shè)置諧振腔、半波片(7)、偏振分束器(8)和光電探測(cè)器(9)，其特征在于，所述諧振腔包括依次設(shè)置的保羅棱鏡(I)、被動(dòng)調(diào)Q晶體(3)、激光晶體(4)和輸出鏡(6);所述偏振分束器(8)將光分出一束分光路，所述分光路上依次設(shè)有耦合透鏡(1)、光纖(11)和準(zhǔn)直鏡組(12)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述保羅棱鏡(I)在其兩個(gè)斜面上鍍有高反射膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述保羅棱鏡(I)的兩個(gè)斜面相交的線與水平面平行或垂直。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述諧振腔內(nèi)還包括設(shè)置在保羅棱鏡(I)與被動(dòng)調(diào)Q晶體(3)之間的小孔光闌(2)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述被動(dòng)調(diào)Q晶體(3)采用Cr 4+: YAG晶體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述激光晶體(4)為板條晶體，所述激光晶體(4)采用布魯斯特角切割。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，激光晶體(4)的栗浦面鍍有808nm的增透膜或鍍有808nm和1064nm的增透膜。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，栗浦源(5)使用疊陣均勻設(shè)置在所述激光晶體(4)的中心，對(duì)激光晶體(4)單個(gè)大面中心區(qū)域進(jìn)行栗浦，激光在激光晶體(4)內(nèi)部沿zig-zag路徑傳輸。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述半波片(7)和偏振分束器(8)的表面均鍍有增透膜。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，其特征在于，所述耦合透鏡(10)為非球面透鏡，耦合透鏡(10)表面鍍有增透膜，激光經(jīng)耦合透鏡(10)聚焦后親合進(jìn)光纖(11)內(nèi)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器，包括諧振腔、泵浦源、半波片、偏振分束器、光電探測(cè)器、耦合透鏡、光纖以及準(zhǔn)直鏡組；所述諧振腔包括保羅棱鏡、被動(dòng)調(diào)Q晶體、激光晶體和輸出鏡；所述緊湊穩(wěn)定的高峰值功率光纖輸出激光器沿激光的光路方向依次設(shè)置保羅棱鏡、被動(dòng)調(diào)Q晶體、激光晶體、輸出鏡、半波片、偏振分束器和光電探測(cè)器，所述泵浦源使用疊陣均勻設(shè)置在激光晶體的中心，偏振分束器將激光分出一束與所述光路相互垂直的分光路，所述分光路上的激光經(jīng)過耦合透鏡進(jìn)入光纖，分光路的盡頭設(shè)有準(zhǔn)直鏡組。本實(shí)用新型保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了光纖損壞的風(fēng)險(xiǎn)，并間接提升了光纖輸出激光的峰值功率。
【IPC分類】H01S3/08, H01S3/067, H01S3/11, H01S3/10
【公開號(hào)】CN205303939
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】周軍, 楊彬, 姚紅權(quán)
【申請(qǐng)人】南京先進(jìn)激光技術(shù)研究院
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日