[发明专利]适用于极端环境的高功率激光器及其激光产生方法

权利要求书

1.一种适用于极端环境的高功率激光器，其特征在于：

包括谐振腔和设置在谐振腔一侧的脉冲激光输出单元；

所述谐振腔包括沿光路由左至右依次设置的角锥棱镜(1)、至少一个泵浦模块、调q模块(7)和输出偏振分束镜(8)，设置在输出偏振分束镜(8)反射光路上的反射偏振分束镜(9)，以及依次设置在反射偏振分束镜(9)反射光路上的光楔(13)、倍频晶体(14)和第三全反镜(15)；所述反射偏振分束镜(9)的反射面与输出偏振分束镜(8)的反射光路呈45°夹角；

所述泵浦模块包括半导体激光器泵浦源(4)和安装在半导体激光器泵浦源(4)上的增益介质(2)，所述增益介质(2)设置在所述光路上；

所述脉冲激光输出单元包括设置在输出偏振分束镜(8)透射光路上的分束镜(11)、设置在分束镜(11)反射光路上的第一全反镜(10)，所述分束镜(11)的反射面与输出偏振分束镜(8)的透射光路呈45°夹角，所述第一全反镜(10)的反射面与分束镜(11)的反射光路呈90°夹角，第一全反镜(10)的反射光反射至分束镜(11)，经由分束镜(11)透射，其透射光路上设置第二全反镜(12)；

所述半导体激光器泵浦源(4)用于向增益介质(2)发射泵浦激光，增益介质(2)将泵浦激光转化为基频激光；

基频激光经过角锥棱镜(1)的反射后进入调q模块(7)，所述调q模块(7)用于将基频激光转化为基频脉冲激光；

一部分基频脉冲激光经过输出偏振分束镜(8)的透射后入射至分束镜(11)的反射面上，所述分束镜(11)用于将基频脉冲激光反射至第一全反镜(10)后，再经第一全反镜(10)的反射、分束镜(11)的透射后入射至第二全反镜(12)，第二全反镜(12)用于将基频脉冲激光向外部输出；另一部分基频脉冲激光依次经过输出偏振分束镜(8)的反射、反射偏振分束镜(9)的反射、光楔(13)的透射后进入倍频晶体(14)，倍频晶体(14)将基频脉冲激光转化成倍频脉冲激光；

倍频脉冲激光经第三全反镜(15)的反射按照原光路返回至角锥棱镜(1)，倍频脉冲激光在谐振腔内进行往复光路循环；倍频脉冲激光在谐振腔内进行往复光路循环中，每当倍频脉冲激光到达输出偏振分束镜(8)时，一部分倍频脉冲激光依次经输出偏振分束镜(8)透射和脉冲激光输出单元向外部输出，另一部分倍频脉冲激光继续在谐振腔内进行往复光路循环；

所述半导体激光器泵浦源(4)采用半导体激光侧泵模块，半导体激光侧泵模块的巴条安装端面为半圆形，半圆形巴条安装端面上在周向均布有N个不同波长的LD巴条，N≥3；

N个不同波长的LD巴条中，第i个LD巴条的波长λ_i根据下式进行计算：

其中：

i为整数，且1≤i≤N：

λ_P为增益介质(2)的吸收峰；

△λ为增益介质(2)的吸收带宽。

2.根据权利要求1所述的适用于极端环境的高功率激光器，其特征在于：所述增益介质(2)设置在半圆形巴条安装端面的圆心处，所述半导体激光侧泵模块上还设置有散热器(3)。

3.根据权利要求2所述的适用于极端环境的高功率激光器，其特征在于：所述增益介质(2)选用激光晶体、激光玻璃或激光陶瓷；

其中激光晶体选用Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:GdVO₄、Nd:GGG、Nd:YLF、Yb:YAG、Nd:KGW；

所述散热器(3)选用传导冷却散热器或微通道液体冷却散热器；所述调q模块(7)为调q晶体。

4.根据权利要求1-3任一所述的适用于极端环境的高功率激光器，其特征在于：所述泵浦模块设置有2M个，其中，M≥1；2M个导体激光器泵浦源4依次在光路的上方和下方循环设置。

5.根据权利要求4所述的适用于极端环境的高功率激光器，其特征在于：所述泵浦模块设置有两个，两个半导体激光器泵浦源(4)分别设置在光路的上方和下方。

6.一种适用于极端环境的高功率激光器的激光产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使半导体激光器泵浦源(4)向增益介质(2)发射泵浦激光；所述半导体激光器泵浦源(4)采用半导体激光侧泵模块，半导体激光侧泵模块的巴条安装端面为半圆形，半圆形巴条安装端面上在周向均布有N个不同波长的LD巴条，N≥3；N个不同波长的LD巴条中，第i个LD巴条的波长λ_i根据下式进行计算：

其中：

i为整数，且1≤i≤N：

λ_P为增益介质(2)的吸收峰；

△λ为增益介质(2)的吸收带宽；

2)增益介质(2)将泵浦激光转化为基频激光；

3)使基频激光进入调q模块(7)，调q模块(7)将基频激光转化成基频脉冲激光；

4)使一部分基频脉冲激光经过输出偏振分束镜(8)透射后入射至分束镜(11)的反射面上，所述分束镜(11)用于将基频脉冲激光反射至第一全反镜(10)后，再经第一全反镜(10)的反射、分束镜(11)的透射后入射至第二全反镜(12)，第二全反镜(12)用于将基频脉冲激光向外部输出；

另一部分基频脉冲激光依次经过输出偏振分束镜(8)的反射、反射偏振分束镜(9)的反射、光楔(13)的透射后进入倍频晶体(14)，倍频晶体(14)将基频脉冲激光转化成倍频脉冲激光；

5)使倍频脉冲激光经第三全反镜(15)的反射按照原光路返回至角锥棱镜(1)，倍频脉冲激光在谐振腔内进行往复光路循环；倍频脉冲激光在谐振腔内进行往复光路循环中，每当倍频脉冲激光到达输出偏振分束镜(8)时，一部分倍频脉冲激光依次经输出偏振分束镜(8)透射和脉冲激光输出单元向外部输出，另一部分倍频脉冲激光继续在谐振腔内进行往复光路循环。