[发明专利]小型高效激光泵腔

说明书

美国政府依照其能源部与加利福尼亚大学之间的合同No.W-7405-ENG-48对本发明享有权利。

许多年来在较广的使用范围里使用了由高功率激光二极管泵激(pumping)的固态激光器。传统的二极管泵激的固态激光器能分为端部泵激和侧部泵激激光器(如图7A和7B所示)。

图示在图7A里的端部泵激的结构通常由于泵激光束与激光器腔型之间的较好的重叠而具有较高的激光效率。在较高的平均功率值时，由于难以将大量的激光二极管输出连接到通常直径为2-6毫米的一激光棒的端部内，故端部泵激不怎么引起人们的兴趣。

如在图7B中图示的一侧部泵激的几何结构最适合于高功率结构设计，这是由于能用于辐射泵激的大的棒表面的缘故。传统的侧部泵激方案的缺点是横越激光棒直径的光路较短，其后果是大部分泵辐射未被存放在该激光棒中。这一特点也使侧部泵激激光器对在其使用寿命期间将会变化的二极管辐射波长较为敏感。这些缺点明显降低了侧部泵激激光器的效率。

困扰端部泵激和侧部泵激激光器的几何结构的一个问题是不均匀的泵激。相对于当使用一轻掺杂棒以允许较深的穿透时发生的吸收效率的损失，侧部泵激的激光器棒必须平衡Beer’s Law吸收，那样就会将功率存放在最接近于发射体的表面的附近。此外，使用传统的如透镜的光学元件引起的二极管光线的集中限制了能围绕该棒环行的发射体的数量，并需要仔细设计以达到泵激均匀性。

使用一成像装置以再放大正发射的二极管组的端部泵激激光器，在该棒的端部产生二极管组图像的痕迹。在棒的诸弯曲的导向表面内形成这些图像的重复的顺序。

可以料到，两种几何结构最后得出热和冷斑点。这样，由于波前失真和去极化而限制了可达到的平均输出。

发明概要

为了解决这些问题，本发明的一个方面是使用一个带有一种新颖的泵腔结构的新的侧部泵激的方案，这样能改善激光器性能。

按照本发明的一个方面，一个沿着一主轴线定向的长的泵激结构包括一长泵激腔和多个将泵激辐射连接到该泵激腔内的长聚光槽。诸长聚光槽呈锥形而具有一宽的入口孔和一窄的出口孔，使光线可能被射入并截留在长泵激腔内。

按照本发明的另一方面，诸聚光槽为复合的诸抛物面激光器(CPC)，它们有效地将进入大入口孔的光线会聚后传播经过小出口孔。

按照本发明的另一方面，诸聚光槽的侧面上涂复了反射涂层，以从个侧面镜面反射光线。

按照本发明的另一方面，诸泵激腔的壁面经过涂复，以从该泵激腔的诸壁面扩散或镜面反射光线。

按照本发明的另一方面，泵激腔被分割并专门成形，使诸掠射光线较有效地并/或均匀地反射到激光介质内。

按照本发明的另一方面，该连接结构包括组合后形成该连接结构的诸组块。每个组块包括诸侧表面，这些侧表面形成诸聚光槽和诸弯曲的内表面，这些内表面当诸组块被组合后形成泵激腔。

按照本发明的另一方面，CPC采用一种较高折射率的材料(如玻璃)，以改善聚光性。

按照本发明的另一方面，也能使用诸带有平反射表面的槽以将泵光线引导到泵腔内。尽管在将光线会聚到该腔内方面它们的效率较低，然而它们的简单性对于不要求高度会聚泵光线的用途是有其吸引力的。

按照本发明的另一方面，该泵腔的内表面可为一镜面发射器或漫反射器。

按照本发明的另一方面，可使用非二极管泵激辐射源以提供泵激辐射，使之射入诸聚光槽的入口孔。

按照本发明的另一方面，激光介质可是一种设置在一圆筒形流动管中的液体，如染料。

按照本发明的另一方面，诸聚光槽和泵腔内可填充水或较高折射率的流体，以便减轻泵激光束的发散。

这种具有经过调节的二极管光线的聚光器射入功能的新颖的小型侧部泵激光器结构有效地将泵辐射截留在该泵腔内。它能再循环未使用的泵辐射，从而改善了激光器效率，并具有高的泵激均匀性。该有效的辐射再循环也加宽了接受的二极管辐射的波长带宽，对于提供有效而可靠的激光器性能是很重要的。

按照以下的详细说明和诸附图，将会清楚地理解本发明的其他特点和优点。

附图简要说明

图1A和1B分别是泵辐射连接结构(pump radiation coupling struction)及其一部分的长立体图；

图2是该连接结构的剖面图；

图3A是安装在保持住二极管组的一框架里的圆柱形连接结构的立体图；

图3B是已安装的圆柱形连接结构的剖面图；

图4A是一个呈一抛物面聚光器形式的聚光槽的较详细的视图；