[发明专利]半导体泵浦高重频固体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体泵浦固体激光器，特别是涉及一种半导体泵浦高重频固体激光器。

技术背景

近年来，随着半导体激光器集成技术的提高，半导体泵浦固体激光器在各个应用领域得到了迅速发展。与成熟的灯泵固体激光器技术相比，半导体泵浦固体激光器不仅结构紧凑、体积小、功耗小、效率高，而且寿命长、光束质量好，大有逐渐取代灯泵浦固体激光器的趋势。

随着激光技术的不断发展，其应用领域愈来愈广泛，同时对激光参数的要求也越来越高。例如，在材料处理、激光测距、激光雷达、激光干扰等激光应用领域中，获得高的激光峰值功率是非常重要的一个技术环节。为达到此目的，对输出激光实行调Q技术是非常有效的手段。调Q技术包括转镜调Q、染料调Q、电光调Q、声光调Q等。目前，最常使用的调Q方式为声光调Q和电光调Q。声光调Q工作稳定，寿命长，一般脉冲宽度可以达到数十纳秒，重复频率(重频)不高于50kHz；电光调Q的优点是可以得到更窄的激光脉冲和更高的重复频率，但电光晶体容易衰退和潮解，影响使用寿命。这两种调Q方式都要使用电子驱动源，称为主动调Q。最近发展起一种利用晶体的吸收饱和效应进行调Q的技术，例如使用Cr:YAG(即掺铬钇铝石榴石)，其作用机理就是利用晶体的饱和吸收效应来实现激光调Q输出。实现此方法不需要外加的驱动源控制，故称为被动调Q。被动调Q与主动调Q相比，可以得到更短的脉冲宽度、更高的重复频率，且体积小巧，因此，在材料处理、激光测距、激光干扰等领域得到了广泛的应用。而主动调Q由于调制器需要驱动电源，脉冲频率一般不大于50kHz，因此在许多高重频应用场合无法使用，且器件体积较大，造价高，限制了在很多特殊领域的应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有技术的缺陷，利用被动调Q的方式对半导体泵浦固体激光器进行调Q，提供一种高重复频率、窄脉冲宽度的半导体泵浦高重频固体激光器。

本发明所称的半导体泵浦高重频固体激光器的技术方案是这样实现的，如图1所示：由大功率光纤、聚焦系统、腔镜4、激光晶体、被动调Q晶体、激光输出腔镜8组成。其特征是：使用大功率光纤1耦合输出的半导体激光作为泵浦源，通过聚焦系统把泵浦光聚焦在激光晶体5上，聚焦系统由凸透镜2和凸透镜3组成或是不少于两片透镜的组合；在腔镜4和激光输出镜8(另一腔镜)组成的谐振腔中，形成波长为1064nm的激光振荡；此激光振荡被调Q晶体6调制，通过输出腔镜8输出波长为1064nm的激光9。腔镜4直接镀在激光晶体上，膜层要求为808nm增透，1064nm高反；腔镜8为独立的部分反射镜，镀1064nm的部分反射率膜层，即其膜层对1064nm波长激光的应有预定的反射率；在激光晶体和被动调Q晶体的外侧面周围设置了散热器。

本发明所称半导体泵浦高重频固体激光器，其特征是：两个腔镜组成的谐振腔为直线腔。本发明所称的固体激光器，其特征是：由于光纤1输出的泵浦光发散角比较大，本发明的聚焦系统采用了两个凸透镜2和3、或者透镜组(不少于两片)来完成对泵浦光的聚焦。本发明所称的固体激光器，其特征是：输出腔镜8可以是凹面镜，也可以是平面镜或凸面镜。本发明所称的固体激光器所采用的被动调Q晶体可以是单块晶体，也可以是由多块晶体首尾依次安装组成。本发明所称的固体激光器，其特征是，散热器采用铜质或铝质材料制作。

本发明中采用被动调Q方式实现脉冲调制。被动调Q晶体是一种含有包和吸收功能的掺杂的光学晶体，其透射率会随着能量密度的增大而增大(如图2所示)。当达到某一很高值时，透射率稳定在一个很高值，即材料变得透明。根据这一效应，被动调Q晶体在泵浦刚开始会阻止激光振荡的产生，从而实现激光上能级的粒子数的快速积累。随着激光晶体中的粒子数反转的增加，激光的增益系数逐渐增大，当增益系数大于腔内损耗时，开始出现激光振荡，且腔内激光光强快速增加，反过来导致被动调Q晶体的透过率增加，出现所谓的漂白现象，如图2所示。此时损耗很低，从而输出高功率脉冲。随着激光上能级粒子数的减小，增益变小，激光光强变小，调Q晶体的损耗变大，最终导致激光输出的停止，完成一个激光脉冲的产生。上述过程的不停的重复，就产生了脉冲系列。脉冲的宽度取决于调Q晶体的初始透过率以及激光谐振腔的长度；脉冲的峰值功率取决于调Q晶体的初始透过率以及泵浦光点的大小；脉冲的重复频率取决于调Q晶体的初始透过率、泵浦光强度以及输出镜的反射率。