[发明专利]可光纤输出的新型微片激光器

说明书

技术领域

本发明公开了一种可光纤输出的新型微片激光器,属于激光技术与非线性光学领域。 

背景技术

微片激光器（microchip laser）的概念最初是由美国林肯国家实验室的J.J.Zayhowski和Mooradian在1989年提出的。微片激光器是指谐振腔的长度在mm量级的具有微型腔结构的端面泵浦激光器件。典型的微片激光器是将介质膜直接镀在增益介质的两通光面上，从而形成微型谐振腔。由于增益介质大都在1mm以下，所以容易获得单频激光输出。这种激光器的特点是体积小，结构紧凑，运行稳定。这种激光器可以在连续或脉冲状况下运转，既可以利用主动调Q或被动调Q机制来获得脉冲输出,也可以利用增益开光机制来获得增益开关脉冲输出。然而，问题是微片激光器一般光束质量较差，在空间传输一定距离后，光束发散较严重，影响实际操作与应用，难以实现远距离作业，同时空间传输的光束不易实现任意方向的转换，需要依靠复杂的光学元件。 

对于可光纤输出的激光器，能轻易胜任各种多维任意空间的加工应用，使得机械系统的设计变得非常简单、灵活。光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，具有较高柔韧性，可以进行弯曲，对灰尘、震荡、冲击、温度、湿度具有很高的容忍度，可以胜任恶劣的工作环境。光纤泵浦、光纤传输还具有损耗低的优点，可以适用于长距离传输，保证光束质量的同时减小传输损耗，明显优于普通空间输出。 

发明内容

本发明的目的是利用微片激光器设计与光纤结构相结合，既可以利用微片激光器高功率领域的优势，也可以利用光纤输出的优良特性，满足高功率作业的同时，减少传输损耗，实现远距离作业，同时 便于多维任意空间的加工应用。本发明实现全固化微片激光器的光纤泵浦和光纤输出，无需其他输出装置，可利用超短腔设计实现稳定单频输出，也可用半导体可饱和吸收镜、单壁碳纳米管或石墨烯等调制元件进行脉冲调制，实现稳定脉冲输出。同时根据不同晶体、不同泵浦波长以及泵浦光斑的需要，可提供纤芯泵浦和包层泵浦。其中，纤芯泵浦需结合波分复用光纤耦合器使用；包层泵浦需结合光纤合束器使用。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

主要包括：激光二极管泵浦源、光纤输出系统、光学准直系统、激光增益介质和光学元件，其中光纤输出系统可以是一个隔离器加两个波分复用光纤耦合器，也可以是一个泵浦保护器加一个光纤合束器；隔离器和泵浦保护器是为了防止反馈光对泵浦源造成影响和损伤,波分复用光纤耦合器和光纤合束器是为了实现反馈光的光纤输出。泵浦光依次通过光纤输出系统的隔离器和两个波分复用光纤耦合器,经过光学准直系统准直、聚焦到增益介质上，而增益介质前后放有镀膜的光学元件，形成三明治结构的激光谐振腔，产生的激光再次通过光学准直系统，经由光纤输出系统输出。若谐振腔采用超短腔设计，能够实现单频激光输出，同时这种结构还可以利用石墨烯、碳纳米管材料可饱和吸收波长范围宽、导热性好的特点实现微片激光器不同波长的带宽脉冲调制。 

所述的光学准直系统（603）是两个透镜、或单个透镜、或Grin棱镜。 

激光增益介质（301）为掺稀土元素的激光材料，掺杂的稀土元素是Nd、Yb、Er、Ho、Tm中的一种或多种，激光材料是Nd:YVO4、Yb:YAG、Yb:GdCOB、Er:Yb:glass、Ho:HLF、或Tm:YAP。 

前置光学元件（401）以及后置光学元件（402）上镀的膜是对泵浦光的增透光学膜,或对激光全反射光学膜、或对激光部分反射的光学膜,或对泵浦光的增透光学膜,同时对激光全反射的光学膜、或对泵浦光的增透光学膜,同时对激光部分反射的光学膜。 

前置光学元件（401）以及后置元件（402）是温度补偿介质、倍频晶体、波片、对振荡波长通过的光学玻璃或光学器件 

光纤输出系统（602）还可以是一个泵浦保护器（3）和一个光纤合束器（4）组成，泵浦光依次通过泵浦保护器（3）和光纤合束器（4）。 

使用胶合、光胶或深化光胶的方法将增益介质（301）、前置光学元件（401）以及后置光学元件（402）全固化为三明治结构。 

本发明可光纤输出的新型微片激光器具有以下优点： 

1、本发明利用微片激光器设计与光纤结构相结合，实现全固化微片激光器的光纤泵浦和光纤输出，无需其他输出装置，可利用超短腔设计实现稳定单频输出，也可用半导体可饱和吸收镜、单壁碳纳米管或石墨烯等调制元件进行脉冲调制，实现稳定脉冲输出。