[发明专利]端面泵浦风冷激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别是涉及一种端面泵浦风冷激光器。

技术背景

目前，市场上大部分商用端泵激光器采用的是直线腔结构。这种结构虽然简单，能够获得较大的激光输出，但是由于这种腔型本身不对称结构以及端面泵浦区域小的限制，导致腔本身不能太长，不能直接获得光束质量较好的激光输出，并且由于热透镜效应，激光输出能量不稳定。同时，由于转换率低，大部分泵浦能量转换为热能，散热方式只能采用水冷，造成体积庞大，冷却水的加入又为安全带来了隐患，因此，其应用受到限制。

发明内容

本发明的目的，就是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种新的激光谐振腔型的构思，提供一种能够获得光束质量好(近似基模)、功率稳定、实现空气冷却的激光输出的端面泵浦风冷激光器。

为了实现上述目的，本发明所涉及的端面泵浦风冷激光器的技术方案是这样的：

本发明的原理是利用折叠腔型实现谐振腔的对称来减小热透镜效应，同时利用耦合聚焦镜调节泵浦光束腰大小和位置与谐振腔的基模相匹配，使得大部分泵浦能量运转于基模，从而获得光束质量好功率稳定的激光输出。激光在谐振腔内振荡的过程中，在光束横截面上的光强形成各种不同形式的稳定分布，在光束横截面上的这种稳定分布，称为激光束的横向模式，简称横模，基横模在激光光束的横截面上各点的位相相同，光束质量最好，简称基模。泵浦光打在晶体内部，形成热量在晶体内的不均匀分布，折射率发生微小变化的，晶体的光学特性等效于一个透镜，称之为热透镜。晶体在谐振腔内可以等效于一个焦距为f的热透镜，热透镜f与泵浦光束腰ω的平方成正比，即f∝ω²，为了减少热透镜，就必须增加泵浦光束腰大小；但是对于一定的谐振腔，基模在晶体上的大小ω₀₀是一定的，为了使激光能量集中在基模，就必须增加泵浦光束腰大小和基模大小满足ω≈ω₀₀，因此泵浦光在晶体内部的大小要尽可能的小于并且接近基模大小。对于大小和能量一定的泵浦，产生的热透镜f大小也是一定的。如图3所示，根据透镜的光学矩阵，折叠腔的热透镜矩阵为

而直线腔的等效热透镜矩阵为

其等效热透镜为相同等效长度的折叠腔的热透镜只有直线腔的一半，其热透镜效应明显减轻。对于相同的泵浦，采用折叠腔能够大大减少谐振腔的热透镜效应。

本发明所涉及的端面泵浦风冷激光器由谐振腔、激光晶体和泵浦单元构成。其特征是，激光器的谐振腔为V型折叠结构，其光路为V形，沿光轴由全反镜，腔镜和输出镜构成；激光晶体置于靠近腔镜的光轴上，即位于折叠腔的拐角处，便于泵浦光泵浦激光晶体；采用折叠腔能够使激光晶体处于对称结构的中心，热透镜效应减少一半，而且能够有效地拉长腔长，从而达到提高光束质量、功率稳定输出的目的。泵浦单元由光纤和耦合聚焦镜构成，耦合聚焦镜由多片透镜组合而成。泵浦光从光纤输出，经泵浦光光纤出光口束腰，通过耦合聚焦镜直和聚焦，再从V型折叠腔拐角处的腔镜入射到激光晶体内部，形成耦合后泵浦光束腰并产生基频光。通过耦合聚焦镜后，泵浦光束腰在激光晶体内部大小与此谐振腔的基模大小相同。耦合聚焦镜采用可伸缩的结构(即其中一片透镜在光轴上的位置可以改变)，便于调节泵浦光束腰与基模位置重合从而使激光能量能够集中在基模，光束质量得到极大改善，能量也获得了最大程度的利用；此结构能获得较高的光一光转换效率，减少了热量的产生，从而可以采用风冷(空气冷却)结构。在V型折叠腔内光轴上设置调Q器件实现激光脉冲输出或不设调Q器件即实现激光的连续输出。在基频光传输路径上任一位置设置非线性晶体实现激光输出的频率(或波长)转换或不设置非线性晶体不实现频率转换。全反镜到激光晶体的中心距离为145至155mm；腔镜到晶体的中心距离为18至22mm；输出镜至腔镜的距离为125至135mm；耦合聚焦镜出光面到晶体的中心距离为28至32mm；V型折叠腔的拐角角度小于20°。

本发明所述的泵浦耦合聚焦镜是由3片两组透镜组合而成；第一组镜片由两个透镜8和9紧贴组成，对泵浦光进行准直；第二组镜片仅一个透镜7，作用是将准直后的泵浦光聚焦，两组透镜之间距离可调，即透镜7在光轴上的位置可以改变。

本发明所述的激光晶体位于等效腔的结构中心。

本发明所述的激光晶体为掺钕酸钇晶体或掺铵钇铝石榴石晶体或掺钕钒酸钆晶体或掺镱钇铝石榴石晶体或掺钕铝酸钇晶体或掺钕钨酸钾钆晶体或掺钕氟化钇锂晶体。