[发明专利]一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及碟片固体激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及碟片激光器。

背景技术

碟片固体激光器是一种高端的高功率固体激光器。它与传统固体激光器的本质区别就在于激光工作物质的形状，碟片激光器将传统的棒状晶体改为碟片状晶体。晶体的厚度为0.2mm～0.4mm，泵浦光从晶体正面入射，而冷却是在晶体背面实现，由于晶体很薄，径厚比较大，因此晶体冷却效果好，有利于获得高转换效率、高平均功率以及高光束质量的激光输出。

碟片激光器最大优点之一就是输出功率的可扩展性，具体表现在两个方面，一是在相同泵浦功率密度的条件下，输出功率与泵浦区域的面积成正比，故可通过增加泵浦光斑的面积来实现较高功率的激光输出；二是通过多碟片的串接可实现功率成倍增长，同时光束质量几乎保持不变。然而，由于放大的自发辐射效应(Amplified Spontaneous Emission,ASE)的限制，仅靠增加泵浦光斑面积的方法将无法获得更高功率激光能量的输出。因此，两种方式相比，通过多碟片串接技术，既能保证高的转换效率，也能进一步获得大的输出功率。

公开号为CN101414728A的专利文献公开了一种基于对称共轭双抛物面反射镜的泵浦光多程传输方案，实现泵浦光斑的多次传输，在获得较高泵浦光吸收效率的同时，提高系统的转换效率和平均功率。然而这种泵浦光多程传输系统存在的主要缺陷是：光斑在抛物面镜表面分布较为分散，抛物面有效面积利用率较低，抛物面反射镜受热不均匀，在高功率运行时面型畸变严重，从而导致通过抛物面反射镜会聚到碟片的泵浦光引起的碟片激光晶体的热畸变和热透镜效应相当严重，影响了系统的转换率，限制了输出激光质量的进一步提高。

公开号为CN103606810A的专利文献则针对上述泵浦光多程传输方案的缺陷或改进需求，提供了一种基于直角反射镜及共轭双抛物面反射镜的固体激光器多程传输系统，其目的在于分散泵浦光斑在抛物面镜上的分布，使之更为均匀。此方案在提高泵浦功率分布均匀的基础上，使得在同样抛物面口径的条件下，抛物面反射镜得到了充分的利用，解决上述方案泵浦次数有限，导致泵浦光的吸收效率不高、系统的转换效率较低的问题，从而提高输出激光的光束质量。然而上述两种泵浦光多程传输系统都只适用于单碟片激光腔，依然存在泵浦光吸收效率有限，大口径非球面抛物面镜加工难度较高的一系列问题。

多碟片串接技术是实现更高功率激光输出的主要方法之一，传统的方法主要是基于多个独立的单模块单元，通过谐振腔的串接技术实现多碟片的串接。在这种串接方案中，各个碟片的泵浦单元相对独立。依然存在上述所公开专利中泵浦次数有限，碟片晶体吸收泵浦光效率不高等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统及固体激光器，其目的在于进一步提高泵浦光的利用率，同时达到减小离轴抛物面镜的口径和尺寸，减小加工难度，提升系统的运行稳定性和效率的目的。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双碟片串接的泵浦光多程传输系统，该系统包括：

第一离轴抛物面反射镜、位于所述第一离轴抛物面反射镜的反射光路上的第一直角反射镜组、设置于所述第一离轴抛物面反射镜焦点处的第一碟片激光晶体、球面反射镜、与所述第一离轴抛物面反射镜相对于所述球面镜球心的平面α对称设置的第二离轴抛物面反射镜、位于所述第二离轴抛物面反射镜反射光路上的第二直角反射镜组以及与所述第一碟片激光晶体相对于所述球面镜球心的平面α对称设置的第二碟片激光晶体；

通过在所述球面反射镜光轴两侧的共轭成像设置实现所述第一碟片激光晶体和所述第二碟片激光晶体的串接；

所述第一碟片激光晶体反光面的法线、所述第二碟片激光晶体反光面的法线、所述第一离轴抛物面反射镜的光轴、第二离轴抛物面反射镜的光轴以及所述球面反射镜的光轴相互平行；