[发明专利]薄片激光器

说明书

本发明涉及激光器领域，尤其涉及薄片激光器。本发明提供的薄片激光器通过设置水箱，并于水箱上设置喷嘴，使得由喷嘴喷出的水呈水柱，利用水柱传输泵浦光，这样，经水柱传输的泵浦光具有分布较为均匀的效果。此外，当水流经所述薄片增益介质上表面时，还能够对薄片增益介质上表面进行冷却，进而带走薄片增益介质上泵浦区域的热量。另外根据不同的泵浦能量，可以通过改变所述水压泵的运转功率，对水流从所述薄片增益介质上表面带走热量的效率进行控制。最终实现减小薄片增益介质内部的温度梯度及热膨胀、降低薄片增益介质的热透镜效应、提高激光器的光束质量及稳定性的目的。

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及薄片激光器。

背景技术

全固态激光器(DPSSL，Diode pumped solid state laser)是指以半导体激光器(LD)作为泵浦源的固体激光器，其增益介质、泵浦源部分均由固体物质构成，因此集中了传统固体激光器和半导体激光器的优势于一身。其具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、易操作、运转灵活(可连续运转、脉冲运转)、易智能化、无污染等优点，是目前最具发展潜力的激光源之一。

薄片激光器是全固态激光器的一种，自Adolf.Giesen等人1994年首次实现薄片激光器以来，得到了迅速发展。如图1所示，薄片增益介质1'采用厚度很小而横向尺寸较大的薄片状材料作为激光的增益介质，将薄片增益介质1'固定在高热导率的微通道冷却热沉2'上，微通道冷却热沉2'上有冷却液微通道，为薄片增益介质背面提供冷却。由于薄片增益介质1'的面积较大且厚度较小，因此薄片增益介质1'上的热量可以快速、有效的传递给微通道冷却热沉2'，再由冷却液带走。一般薄片激光器采用激光二极管泵浦3'，泵浦光由光纤耦合输出，泵浦光A'方向与薄片增益介质的法线方向呈一定的角度，在空气中传输后到达薄片增益介质1'。薄片增益介质1'的前表面镀有对激光和泵浦光高透射的高透射膜，在薄片增益介质1'后表面(即贴紧冷却热沉的面)镀对泵浦光及激光的高反射膜，这样，泵浦光A'在薄片增益介质1'表面发生折射并进入薄片增益介质1'，进入薄片增益介质1'内的泵浦光A'部分被薄片增益介质1'吸收。另外部分由薄片增益介质1'后表面的高反射膜所反射，再次被薄片增益介质所吸收，仍然未被吸收的泵浦光B'折射进入空气中。为了保证薄片增益介质1'对泵浦光的吸收效率，在泵浦光的反射方向上放置泵浦光的全反射镜4'，将未被吸收的泵浦光B'反射回薄片增益介质1'，使得未被吸收的泵浦光B'重新进入薄片增益介质1'，从而提高薄片增益介质1'的吸收效率。由于薄片增益介质1'的后表面(贴紧冷却热沉的面)镀有对激光C'的高反射膜，因此薄片增益介质1'的后表面即可作为激光腔的全反射镜，因此只需在薄片介质1'的正前方放置激光输出镜5'即可构成谐振腔。

由于薄片激光器具有可以高效导出增益介质内的热沉积、减弱增益介质的热透镜效应等优点，因此可以实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。由于薄片激光器具有上述优点，因此已广泛应用于国防军事、科学研究、工业生产等各个方面。

由于圆形薄片增益介质产生的激光具有圆对称性，而常用的光学元器件一般都是圆形，因此能够很好的匹配各种光学元器件，且具有圆对称性的激光束在工业等领域具有广泛应用，所以薄片激光器增益介质1'形状一般为圆形。

现有的薄片激光器一般采用光纤耦合输出的二极管激光器泵浦。二极管激光经过光纤耦合输出之后，近似为高斯分布，加载到薄片增益介质的泵浦光能量集中在中心，中心处能量密度最高，边缘能量密度较弱。而如图1所示的冷却热沉2'仅能够为薄片增益介质1'的后表面(即贴紧冷却热沉的面)提供均匀冷却，薄片增益介质1'的前表面处在空气之中，只能依靠空气的对流换热进行冷却，冷却效果非常有限。这样会导致薄片增益介质1'中心处冷却力度不够，使整个薄片增益介质1'温度分布呈现出中心温度偏高，而边缘温度偏低的状况，即在薄片增益介质1'上形成由中心到边缘的温度梯度递减的现象，即现有的薄片激光器存在泵浦光能量密度分布不均匀的现象。