[发明专利]端面泵浦的高功率激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种全固态激光器，具体是一种端面泵浦的高功率激光器。

背景技术

激光器按泵浦方式划分，可以分为端面泵浦激光器和侧面泵浦激光器。侧面泵浦是一种传统的泵浦方式，它的优点是泵浦光沿晶体轴向均匀分布，因此在增益介质轴向上热均匀分布，但是它的缺点是模式覆盖度差，激光阈值高，效率低。与侧面泵浦相比，端面泵浦方式可以实现泵浦光与激光之间较好的模式匹配，因此具有激光阈值低、泵浦效率高和结构紧凑等优点。随着工业和科学技术等领域对高功率激光器的需求，设计出输出功率高，光束质量好和结构紧凑的端面泵浦激光器已成为必需，而激光二极管设计和生产技术的进步为获得高输出功率的全固态激光器提供了先决条件。

目前为止，光纤耦合输出半导体激光器和激光二极管阵列的最大输出功率已达500W。但是在端面泵浦激光器中，由于泵浦光沿增益介质的轴向传播，在晶体的泵浦端面，泵浦光的强度最高，晶体的温度最高，热效应最严重；随着泵浦光远离增益介质的泵浦端面，泵浦光的强度越来越弱，晶体的温度越来越低，晶体的热效应也越来越弱，在晶体的非泵浦端面，泵浦光的强度最弱，晶体的温度最低，晶体的热效应最弱。因此，减轻激光晶体热效应的关键是减轻晶体泵浦端面的热效应。

为此，一些研究工作者采用低掺杂浓度的激光晶体作为增益介质的方法来减轻增益介质泵浦端面的热效应[U.S.Patent No.6185235B1]。降低增益介质的掺杂浓度可以减小增益介质对泵浦光的吸收系数(例如Nd:YVO₄晶体对808nm光的吸收系数可表达为a×ρ^b(cm^-1)，式中a和b是常数，ρ是晶体的掺杂浓度[IEEE.J.Quantum Electron，Vol-38，P-1291(2002)])，从而减轻晶体泵浦端面的热效应(见图1)。采用低掺杂浓度的激光晶体作为增益介质虽然能够减轻晶体端面的热效应，但是低掺杂浓度晶体的吸收系数较低，会影响增益介质对泵浦光的吸收效率。要达到同样的吸收效率，与高掺杂浓度的晶体相比，需要选用更长的低掺杂浓度晶体来弥补它吸收系数的不足(见图2)。但泵浦光束并不是单模衍射极限光束，对于相同腰斑的泵浦光和激光来说，泵浦光束有更大的发散角，因此泵浦光并不能在增益介质内处处与基模匹配，为了得到好的模式匹配因子，增益介质不能选取太长。因此，减轻热效应与泵浦光有效吸收就是一种矛盾。为了克服上述缺点，Mcdonagh等人采用未吸收的泵浦光经反射镜反射、透镜聚焦后二次泵浦的方法来提高吸收效率[Optics Letters，Vol-31，P-3297(2006)；OpticsLetters，Vol-32，P-802(2007)]。但是这种方法一方面提高了激光器系统的复杂性，另一面它并不适合在所有类型的激光器上使用。

因此，采取有效措施克服吸收效率低与热效应严重这一对矛盾，对高功率端面泵浦的激光器来说是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种光束质量好、光-光转换效率高、结构紧凑的端面泵浦的高功率激光器。