[发明专利]一种基于侧边键合梯形晶体的内部多程固体激光器

说明书

一种基于侧边键合梯形晶体的内部多程固体激光器，包括：至少一个泵浦模块、至少一个泵浦整形及耦合模块、一个侧边键合激光晶体、一束种子激光；所述泵浦模块，用于提供泵浦光；所述泵浦整形及耦合模块设置在所述泵浦光的行进方向上，约束所述泵浦光进入所述侧边键合激光晶体，并对泵浦光进行匀化；所述侧边键合激光晶体设置在所述泵浦整形及耦合模块后所述泵浦光的行进方向上，所述泵浦光在所述掺杂晶体中形成均匀的增益区域；种子激光进入所述侧边键合激光晶体后，在所述两个非掺杂晶体的侧面多次反射后出射；本发明结构紧凑且易于调节，无需额外的反射镜、放大程数多达二十多程，可实现高增益放大。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种基于侧边键合梯形晶体的内部多程固体激光器。

背景技术

大功率超快激光器具有脉宽可控、重频可调、脉冲能量高等特点，在生物医学、光学参量振荡、生物显微成像等领域有着越来越广泛的应用，逐渐成为现代生物成像和分析系统中日益重要的工具。

然而，无论是光纤激光器、半导体激光器还是固体激光器，其直接产生超快脉冲激光的功率都相对有限，在众多应用场合，必须采用合适的激光放大器对脉冲种子源进行放大，以满足实际需求。

1998年德国夫琅禾费研究所的杜可明等人提出部分端泵多程直通板条放大器—Innoslab放大器。Innoslab放大器的一个特点是“部分端面泵浦”。同时，入射种子激光整形为小口径光束，通过“之”字形光路沿多次往返直接通过板条介质，由于种子激光光束口径小、功率密度高且多程往返放大，因此可实现高功率与高效率放大。

但是，在实际的Innoslab放大器中，需要一对激光反射镜用于多次反射种子激光，其中一个是凸面反射镜，这样就使得激光光路对不稳定性非常敏感。

此后，经过不断改进，研究人员发现可以通过将曲面镜替换为平面镜的方式来提高激光器的稳定性。但即使是这样，放大器光路仍然有三个分离器件，特别是激光光路对两个平面反射镜的角度偏移比较敏感，影响到激光器在一些复杂场合的使用。

固体非平面环形振荡器是当前产生高稳定单频激光的标准技术，其主要特征是激光束在晶体内壁面多次全反射形成振荡。因为全部光路都在一块激光晶体内，在低功率时，这种振荡器的光路非常稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于侧边键合梯形晶体的内部多程固体激光器，通过各个装置之间的巧妙配合使得激光放大器体积较小、结构紧凑且可靠性很高。此外，由于放大程数多，可实现高增益放大。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于侧边键合梯形晶体的内部多程固体激光器，包括：至少一个泵浦模块、至少一个泵浦整形及耦合模块、一个侧边键合激光晶体、一束种子激光；泵浦模块，用于提供泵浦光；泵浦整形及耦合模块设置在泵浦光的行进方向上，约束泵浦光进入侧边键合激光晶体，并对泵浦光进行匀化；侧边键合激光晶体设置在泵浦整形及耦合模块后泵浦光的行进方向上，泵浦光在侧边键合激光晶体的掺杂晶体中形成均匀的增益区域；种子激光进入侧边键合激光晶体后，在侧边键合激光晶体两个非掺杂晶体的侧面多次反射后出射；激光在穿过增益区时获得放大。

进一步的，侧边键合激光晶体是等腰梯形或直角梯形结构，以保证激光束按设计光路出射，提高激光束对掺杂晶体的填充比例，侧边键合激光晶体的底角α和种子激光的入射角β决定了种子激光在侧边键合激光晶体内部的反射次数。

进一步的，侧边键合激光晶体为以无掺杂激光晶体为基质材料，中间掺杂晶体是在基质材料中掺杂钕、镱、铥中的一种元素制备得到。

掺杂晶体和两个非掺杂晶体采用无胶键合方式形成一个整体，以保证侧边键合激光晶体的两个侧面在激光器工作时不产生热变形。

进一步的，侧边键合激光晶体的两个侧面的平行度应优于6″，侧面与某一共同底面的垂直度应优于3.6″。