[发明专利]一种高泵浦吸收、高功率输出的新型薄片激光器结构

说明书

一种高泵浦吸收、高功率输出的新型薄片激光器结构。本发明采用的技术方案为一种泵浦级联薄片激光器结构，包括两个陶瓷框架，一个泵浦源，两个通过键合或焊接有不同增益介质的薄片，以及直通冷却液。两个陶瓷框架竖直放置，两个薄片分别为薄片A和薄片B，薄片A和薄片B平行镶嵌在陶瓷框架中。连接面和薄片A上表面之间所构成的区域为区域D；薄片A下表面和薄片B上表面所构成的区域为区域E。本结构在采用腔内泵浦，提高泵浦吸收效率的同时，运用泵浦级联的方法，第二次泵浦光波长与输出波长更为接近，极大地降低了激光过程中的量子亏损，再一次缓解增介质中的热负载，有效进行热管理，提高激光器的效率，延长了激光器的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种高泵浦吸收，并且实现高功率输出的新型薄片激光器结构，本结构通过使用腔内泵浦、泵浦级联、大面冷却等方法，实现对泵浦光高效吸收，并且获得高功率激光输出，属于激光器制造领域。

背景技术

高能固体激光在先进工业制造、高功率物理研究、军事国防等领域具有广泛的应用前景，因此，实现高效率吸收，高功率、高光束质量激光输出的技术是当前国内外固体激光研究领域的重点之一。

所有高功率固体激光器存在一个亟需解决的关键问题，即热效应。国内外各研究机构针对固体激光器的热效应设计研究了棒状、薄片、板条、波导等不同结构的激光器。其中薄片激光器增益介质非常薄，通常只有几百微米，因此介质内由泵浦所带来的热量只在厚度方向产生，且沿着激光光轴方向，很容易被水冷装置带走，因此在厚度方向上温度梯度很小，热效应较小，能够保证很好的光束质量，同时兼顾高功率的激光输出。

但是传统薄片激光器由于增益介质很薄，若采用端面泵浦和侧面泵浦，耦合难度非常大，因此大都采用大面泵浦的方法。由于薄片增益介质层厚度很小，在泵浦方向吸收长度很短，导致泵浦光无法被充分的吸收，必须对传统薄片激光器进行改进，方法主要分为多通泵浦^[1]和多薄片叠加^[2]两种。多通泵浦采用特殊反射结构，使泵浦光照射薄片，通过增加长光程吸收补偿单次吸收不足的问题，达到充分吸收的目的。但多次反射对泵浦光准直性要求很高，同时，多通泵浦设计增加了光学系统的复杂性，降低了激光器整体系统的稳定性。而多薄片叠加则通过将多个薄片进行平面或者空间堆叠的方法，用一束或者多束泵浦光进行泵浦，通过叠加增益介质长度来弥补单薄片吸收不足的劣势。泵浦光在经过多薄片被吸收的同时，需要多次透过冷却液，具有较大界面损耗，同时，激光需透过冷却液进行输出，虽能实现高功率输出，但无法保证高光束质量。

因此，如何提高单块薄片增益能力，同时兼顾光路简单、易调节，实现泵浦充分、均匀，减小热效应，降低单块增益成本，是薄片激光器高功率输出亟需解决的问题。

与传统直接泵浦技术相比，级联泵浦具有可以在泵浦源发射波长与增益介质吸收谱不匹配的情况下，通过引入一种中间介质，实现两级泵浦，增大了泵浦源波长的使用范围；同时，级联泵浦还具有一个优势是可以降低增益介质中的热负载。第二次泵浦时的泵浦光与发射激光波长更为接近，降低了激光过程中的量子亏损，进而有效降低了热负载，更有效的进行热管理，提高使用寿命。尽管级联泵浦技术能够解决泵浦源和介质吸收谱不匹配以及热效应问题，但由于存在两次泵浦，每一次的泵浦吸收问题都会影响最终的功率输出。但是，腔内泵浦技术可以将泵浦光束缚在腔内，使泵浦光在腔内来回反射，多次经过增益介质被充分吸收，在保证吸收的同时，也可以提高泵浦吸收的均匀性。

针对于现有薄片激光器存在的不足和其大面高效散热的优点，结合泵浦级联和腔内泵浦技术的卓越优势，本文提出了一种新型结构的薄片激光器。

发明内容

鉴于现有薄片激光器的不足，同时结合腔内泵浦和泵浦级联的方法，本发明的目的在于设计了一种新型结构的薄片激光器，弥补了当前薄片激光器无法解决单块小型化的实现高功率、高光束质量激光输出问题的空白，对单块薄片激光器实现大面冷却，泵浦光的高效吸收，高功率、高光束质量的激光输出。