[发明专利]双波长综合泵浦紧凑型激光系统

说明书

技术领域

本发明涉及全固态激光器应用技术领域，特别涉及大功率、低热量、高光束质量、高亮度、高效率、全固态紧凑型激光系统，具体讲，本发明涉及双波长综合泵浦紧凑型激光系统。

技术背景

对DPSSL(Diode PumpAll-Solid-State Laser二极管激光器泵浦的全固态激光器)激光系统来说，伴随着泵浦和激发的过程在激光增益介质中总会产生大量的热，这主要是由两种基本的物理过程而形成的：分别是由泵浦光与振荡光之间的光子能量差即斯托克斯频移(Stokesshift)及激光泵浦能级与激光上能级之间的耦合即量子效率(quantum efficiency)。这些热量在激光增益介质中形成的一系列热效应(包括热透镜、热退偏和热致双折射等)会明显地改变激光输出特性，如严重影响激光光束质量及强烈地干扰激光输出而降低激光器的平均输出功率。与此同时，热量的产生还会降低激光器谐振腔的稳定性，严重时甚至使激光器得不到稳定可靠的实际应用，这些问题都使热效应成为影响全固态激光器大功率、高效率、高光束质量运转的主要瓶颈。

在全固态激光系统中传统的泵浦方式是先将增益介质激活离子从基态泵浦到更高的能级而不是激光上能级，然后再弛豫到激光上能级后经受激辐射而发光。这种泵浦方式曾因激光增益介质对泵浦光具有较大的吸收系数而受到人们的欢迎，但随之而来的是上述弛豫过程在激光增益介质内部所造成的不可避免的大量热量的产生，这就为全固态激光器的稳定高效运转加入了诸多不利因素。上世纪六七十年代，人们为了解决以上泵浦方式所带来的大量热量的问题而提出了直接泵浦方式，即采用一定波长的泵浦光将激活离子从基态能级直接泵浦到激光上能级后经受激辐射而发光，此泵浦方式因为减少了弛豫过程而相应地减少了热量的产生。近年来，此种泵浦方式因量子效率高，产生热量少而受到了广泛关注并得到了快速地发展。但由于激光增益介质对这种泵浦方式的吸收系数较小而导致了激光器不能对泵浦光进行充分利用而降低了激光器整体的光光转换效率，并且由于大量没有被激光增益介质吸收的泵浦光和振荡光混合在一起共同输出而增加了所需输出激光的鉴别及提取难度。同时，就目前激光领域的技术水平而言，如果基于此种泵浦方式并想继续提高激光器整体的光光转换效率，只能通过以下两种方法：一是增加对未被激光晶体吸收而漏掉的泵浦光的反馈系统而使泵浦光重新被利用，但这种方法使激光系统复杂化并增加了激光器稳定运转的不良因素；二是提高激光增益介质的掺杂浓度，但这又受限于晶体生长方式及掺杂的工艺条件，实用起来较为复杂。

发明内容

克服现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种较以往激光器具有更低热量、更高效率、更高光束质量及更为稳定运转特点的激光输出的全固态激光器，本发明采用的技术方案是，双波长综合泵浦紧凑型激光系统，作为泵浦源的双波长激光器的输出经汇聚透镜投射到激光谐振腔的一个腔镜，该腔镜与激光谐振腔的另一个腔镜间设置有激光增益介质，另一个腔镜输出激光，激光谐振腔的振荡光束腰半径等于或略大于泵浦光束腰半径。

所述的激光增益介质为Nd:YAG掺钕的钇铝石榴石晶体，相应的双波长泵浦光为809nm和885nm。

所述的激光增益介质为Nd:YVO₄掺钕的钒酸钇晶体，相应的双波长泵浦光为808nm和879nm。

其中，双波长综合泵浦紧凑型激光系统，一个波长所占总的泵浦功率比例为α，另一个波长所占比例为1-α，α取值在0.65和0.7之间。

所述的双波长激光器的构成为：LD二极管激光器侧面泵浦的准连续Nd:YAG激光器作为基频光源，经钛氧磷酸钾晶体倍频后输出到Ti:sapphire掺钛蓝宝石晶体激光器，对于Ti:sapphire掺钛蓝宝石晶体激光器：对两种波长同时有透过率为20％的输出耦合镜和两个反射镜组成其双波长激光运转谐振腔，所述的两个反射镜中的一个镀有对一种振荡光的高反膜，所述的两个反射镜中的另一个镀有对另一种振荡光的高反膜，腔内还包括两块布儒斯特角切割的重火石玻璃棱镜作为色散元件来辅助选频。

本发明具有以下效果：

1.相比于以往的传统泵浦和直接泵浦方式，综合泵浦方式能减少热量的产生及提高激光器整体的光光转换效率，并能提高激光器的输出功率，改善光束质量，从而有利于大功率、高效率DPSSL激光器的发展与应用。