[发明专利]应用于DPAL的多焦点端面泵浦装置

说明书

本发明提供一种应用于DPAL的多焦点端面泵浦装置，包括依次设置的半导体激光器(1)、快轴准直镜(2)、慢轴准直镜(3)、线宽压窄模块(4)、光束整形模块(5)、多焦点透镜(6)和碱金属蒸气室(7)，半导体激光器(1)适用于DPAL的吸收波长，半导体激光器(1)发出的泵浦光经过快轴准直镜(2)和慢轴准直镜(3)准直后进入线宽压窄模块(4)，将准直后的泵浦光压窄到预设线宽后，在光束整形模块(5)进行光束整形；光束整形后的泵浦光入射至多焦点透镜(6)，多焦点透镜(6)用于将泵浦光聚焦为多个焦点且多个焦点位于同一条轴线上，多焦点聚焦的泵浦光入射至谐振腔，谐振腔出射碱金属激光。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种应用于DPAL的多焦点端面泵浦装置。

背景技术

半导体泵浦碱金属蒸气激光器(Diode Pumped Alkali Vapor Laser，DPAL)的泵浦源是半导体激光器(Laser Diode，LD)，增益介质是碱金属(铷Rb，铯Cs，钾K)蒸气与缓冲气体(氦气、烃类小分子气体等)。DPAL有望实现高功率高光束质量的激光输出，在工业加工、国防等领域有广阔的应用前景。

目前，现有的DPAL端面泵浦光路结构如图1所示，主要由半导体激光器、快慢轴准直镜、线宽压窄模块、光束整形模块以及光束聚焦镜组成。LD发出的泵浦光经过快慢轴准直镜、线宽压窄模块以及光束整形模块后，被聚焦透镜聚焦到单焦点处，此焦点一般位于气室的中心位置。在焦点的附近区域，被聚焦后的泵浦光的功率密度超过阈值功率密度，可以形成有效的泵浦，这一段区域被称之为有效泵浦区域。在有效泵浦区域之外，泵浦光逐渐发散，其功率密度下降且低于阈值功率，无法有效地泵浦增益介质。

在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：采用单焦点聚焦后的泵浦光能量集中在焦点附近，即使注入高功率的泵浦光，有效增益区域的轴向长度并不会有显著的增长。因此，碱金属气室的增益区并没有被有效地利用，泵浦光的吸收效率与增益介质的利用率较低，泵浦效率也相应地受到了限制。此外，大部分泵浦光能量都被聚焦在单焦点处，造成有效增益区内的能量横向分布不均匀，不容易实现模式匹配，从而难以输出光束质量较高的碱金属激光。

除此之外，在碱金属蒸气室内，高功率泵浦光在有效增益区域泵浦增益介质后，一些无法被有效吸收的泵浦光较容易形成热积累，造成严重的热效应。热效应会引起碱金属蒸气室内的气体折射率发生改变，产生热透镜效应，对碱金属激光的光束质量产生不良的影响。这种热效应使单焦点处的温度相对较高，而远离焦点的气室区域温度相对较低，气室的温度梯度较大，提高了热管理的难度。因此，无法有效地进行热管理，会使得碱金属蒸气室内的工作温度无法稳定在最佳工作温度，无法使得碱金属的输出功率与光束质量保持稳定。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种应用于DPAL的多焦点端面泵浦装置。

本发明提供的应用于DPAL的多焦点端面泵浦装置，包括依次设置的半导体激光器1、快轴准直镜2、慢轴准直镜3、线宽压窄模块4、光束整形模块5、多焦点透镜6和碱金属蒸气室7；其中，半导体激光器1适用于DPAL的吸收波长，半导体激光器1发出的泵浦光经过快轴准直镜2和慢轴准直镜3准直后进入线宽压窄模块4，将准直后的泵浦光压窄到预设线宽后，在光束整形模块5进行光束整形；光束整形后的泵浦光入射至多焦点透镜6，多焦点透镜6用于将泵浦光聚焦为多个焦点且多个焦点位于同一条轴线上，多焦点聚焦的泵浦光入射至谐振腔，谐振腔出射碱金属激光。

可选地，多焦点透镜6为单个多焦点透镜或多个组成的多焦点透镜组。

可选地，多焦点透镜6包括菲涅尔透镜或衍射多焦点透镜。

可选地，光束整形模块5与多焦点透镜6之间还设置有激光扩束镜8，激光扩束镜8用于压缩激光束的发散角。

可选地，激光扩束镜8为单个扩束镜或多个组成的扩束镜组。