[实用新型]端面泵浦阶变梯度掺杂复合板条激光放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及全固态激光器件，特别是一种端面泵浦阶变梯度掺杂复合板条的激光放大器，在激光加工、通信及军事上有广泛应用前景。

背景技术

随着激光技术的发展，对激光技术指标也有了更高的要求，激光二极管泵浦板条激光器、放大器由于结构上的优势，已经成为高平均功率、高光束质量激光器的理想设计方案之一。端面或侧面泵浦结构的激光放大器使泵浦面与冷却面分离，可以降低对冷却面的要求，在工程中更容易实现高平均功率输出。采用激光束沿z形光路传输放大，可进一步降低激光器工作介质的热畸变问题，提高激光光束质量。

激光光学陶瓷的研制成功和应用，使得准备不同结构和不同形状的激光板条增益介质成为现实。

目前，在侧面泵浦或端面泵浦板条激光放大器方面，国内外主要采用单一掺杂浓度的晶体结构，在提高泵浦光吸收效率的同时，又产生了激光介质内泵浦功率密度不均匀的问题，从而在泵浦方向上产生了较大的温度梯度，导致大的热应力，这一矛盾极大地制约着激光器功率的进一步提高。

本实用新型所采用的泵浦方向上激光介质采用N阶阶变梯度浓度掺杂分布结构，可允许泵浦功率进一步提高，从而实现固体激光器的更大功率、高光束质量的激光输出。

发明内容

本实用新型的目的在于改善现有板条激光放大器泵浦不均匀和热应力方面的欠缺。提供一种端面泵浦阶变梯度掺杂复合板条的激光放大器，该激光放大器应具有提高泵浦功率、温度分布均匀、结构紧凑、散热方便的特点，能够获得大功率，光束质量好的激光输出。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种端面泵浦阶变梯度掺杂复合板条激光放大器，包括：激光增益介质、种子源、泵浦源、耦合透镜导管、板条冷却热沉及铟过渡层，其特点是：

所述的激光增益介质为N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条，其中N为1以上的正整数，由发光离子浓度最高的中间段子板条，向两端发光离子浓度逐渐递减的各N段子板条和两端零掺杂的子板条共2N+3段一体构成，该复合陶瓷板条为平行六面体，该复合陶瓷板条包括两个相互平行的大侧面、两个相互平行的小侧面及两个相互平行的端面，两个大侧面与两个小侧面相互垂直，两个平行的端面与所述的两个小侧面垂直并与所述的两个大侧面成45°，所述的两个大侧面为冷却面，分别通过所述的铟过渡层与所述的板条冷却热沉压接在一起；

所述的种子源发出的激光垂直于所述的N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条的端面进入所述的N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条，并按z字形光路传输；

所述的泵浦源包括两组半导体激光二极管面阵列，该两组半导体激光二极管面阵列发出的泵浦光分别经所述的耦合透镜导管整形压缩后从所述的N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条的大侧面的两端的泵浦光增透区进入所述的N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条，经所述的的端面反射沿所述的N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条的光轴前进而进行泵浦。

所述的N阶阶变梯度掺杂复合陶瓷板条，是两端零掺杂，中间为N(N≥1)阶阶变梯度掺杂的激光增益介质，即把激光介质掺杂区按不同掺杂浓度等分成2N+1段，各段子板条长度为l，中间段定义为0阶，紧挨0阶的两段分别为±1阶，类似沿z轴反正方向依次为±2阶...±i阶，...±N阶，其中i满足1≤i≤N，0阶子板条吸收系数为α₀，±i阶子板条吸收系数为α_i，吸收系数等于掺杂浓度乘于有效受激吸收截面，各阶子板条掺杂浓度采用能量等分的方法确定。

所述的能量等分方法的基本思想是将泵浦光的能量均分到各阶子板条中而确定各阶子板条中受激发光离子的掺杂浓度的方法。

对于N(N≥1)阶阶变梯度掺杂板条，以下简称为板条，掺杂区总尺寸为L_s×w×d，板条中心位置取为坐标原点，厚度、宽度和长度方向分别为x、y和z轴方向，能量等分方法的运算过程可以表征为：

p0=p±i=ηp2N+1,]]>