[发明专利]半导体激光器侧面耦合轴向泵浦的碱金属激光器

说明书

一种半导体激光器侧面耦合轴向泵浦的碱金属激光器，包括n个半导体泵浦源、m个碱金属蒸气室和一谐振腔，该碱金属激光器还包括n个转向元件，与n个半导体泵浦源一一对应，用于分别改变n个半导体泵浦源发出的泵浦光的传播方向；不管n个转向元件如何设置，n个半导体泵浦源发出的泵浦光在m个碱金属蒸气室中最终为近轴光；其中，n、m为自然数。上述n个半导体泵浦源发出的泵浦光经对应的转换元件改变传播方向后，会聚点分别位于碱金属蒸气室内的不同位置。本发明通过多半导体激光泵浦模块侧面耦合的方式实现大焦深，充分利用碱金属蒸气室内的碱金属蒸气原子，实现更好的模式匹配，因此可以实现多泵浦模块的级联使用，实现高功率输出。

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地涉及一种半导体激光器侧面耦合轴向泵浦的碱金属激光器。

背景技术

DPAL(半导体泵浦碱金属蒸气激光器)是一种增益介质为蒸气状态碱金属的新型光泵浦气体激光器，增益介质的温度通常为100～200℃。DPAL的增益介质主要为蒸气状态的钾、铷或铯，其能级结构如图1所示。n是最外层电子所在电子层数，K、Rb、Cs对应的n分别为4、5、6。nS_1/2为基态能级，nP_1/2和nP_3/2为最外层电子自旋-轨道相互作用而劈裂产生的激发态能级。由基态至两上能级的跃迁分别对应于D1和D2线。

DPAL激光器首先于2003年实现了碱金属激光器D1线的激光输出。DPAL采用对应D2线波长的泵浦源泵浦，具有95％以上的量子效率，且增益介质是气体，热透镜效应不明显。因此，DPAL被认为是一种有望实现单口径MW级激光输出的新型激光器。其在高功率输出方面的潜力也得到了国内外众多高功率激光器研发机构的关注。

目前常用的轴向泵浦结构如图2所示。半导体激光器输出的泵浦光，经过光束整形之后被聚焦透镜聚焦，经由镀有对泵浦光全透、对发射激光全反的双色膜腔镜进入碱金属激光器谐振腔内。泵浦光焦斑位于碱金属蒸气室中心位置处。碱金属蒸气室中碱金属原子在泵浦光的泵浦作用下形成增益，在激光谐振腔的谐振放大作用下，产生并输出激光。此结构有效增益主要形成于焦斑附近位置处，因此不能对腔模内的碱金属原子进行有效利用，大大降低了激光的输出效率；再者，此结构仅适用于使用单个半导体激光泵浦模块进行泵浦，难以实现多泵浦模块的级联使用，从而难以实现DPAL的高功率输出。

另外一种常用泵浦结构为侧面泵浦，常用的泵浦结构如图3所示。激光头四个侧面分别留有激光窗口和泵浦窗口。使整形后的泵浦光由泵浦光窗口入射，在谐振腔方向输出激光。此结构很难获得较好的模式匹配，从而导致激光器光光效率低下。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提出一种半导体激光器侧面耦合轴向泵浦的碱金属激光器，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了达到上述目的，本发明提出一种半导体激光器侧面耦合轴向泵浦的碱金属激光器，包括n个半导体泵浦源、m个碱金属蒸气室和一谐振腔，该碱金属激光器还包括n个转向元件，与n个半导体泵浦源一一对应，用于分别改变n个半导体泵浦源发出的泵浦光的传播方向；不管n个转向元件如何设置，n个半导体泵浦源发出的泵浦光在m个碱金属蒸气室中最终为近轴光；其中，n、m为自然数。

进一步地，上述n个半导体泵浦源发出的泵浦光经对应的转换元件改变传播方向后，会聚点分别位于m个碱金属蒸气室内的不同位置。

进一步地，上述n个转向元件为偏振分光棱镜、中心有孔的平面反射镜、中心有孔的凹面反射镜和镀有双色膜的平面反射镜的任意组合。

进一步地，上述转向元件的主体材料为对近红外激光吸收率低于1％、透过率大于98％的材料。

进一步地，上述n个转向元件的位置为位于m个碱金属蒸气室的内部、左侧和右侧的任意组合。