[发明专利]多重反复泵浦技术在全固体激光器和光纤激光器等领域中的应用

摘要

为了有效地解决全固体激光器大功率基模运转问题，本发明采用了二个关键措施。第一，开发了新型多重反复泵浦技术和相应的工程设计，并把它们具体地应用于碟型激光器，矩片型激光器和棒型激光器中去。该技术特征是多重反复泵浦或沿锯齿形光路泵浦。第二，把锯齿光路矩形激光片和一维扩束腔结合在一起。这一措施解决了模匹配泵浦问题和提供了实现大功率腔内频率转换的途径。此外，借助于弱化空间烧孔效应本发明还可以产生大功率红色和蓝色可见光激光输出。在本发明中采用的多重反复几何构型和全反射光导结构也可用于泵浦棒状激光器，泵浦光纤激光器和光纤放大器，或用于光放大器和光学光谱探测器。

主权项

1.一种构造多重反复泵浦泵浦头的方法，该泵浦头可以用于全固体激光器，光纤激光器和光纤放大器，它的特征在于，实现多重反复泵浦和高强度均匀泵浦用以产生和放大相干光，该方法包括如下步骤：A.选取一个泵浦光源件来提供一个合适的泵浦光，它可以是一个半导体列阵件，或是一个复合光源件，所述泵浦光可具有单一波长或多个波长；B.从下述所列中选取一个激光介质件；(1)激光蕊片，激光棒和矩形激光片，(2)掺杂光纤；C.设置一个耦合方式耦合所述泵浦光进入一个泵浦入射口件，以便输入所述泵浦光至所述泵浦头中去，所述入射口件至少包括一个入射口；D.为了构建所述泵浦头，采用一多重反复泵浦构型，把所述泵浦光限制和保留在所述泵浦头中，它的特征在于，所述泵浦光，一旦进入所述泵浦头以后，至少它的主要部分将被多次反复反射和反复地通过或穿行于所述激光介质件直至充分地被吸收，所述多重反复泵浦构型必须从下述所列中选取：(1)第一泵浦构型，该构型采用一个光导体件构造所述泵浦成为一个光导泵浦头，其特征在于：a)在整个泵浦过程中，该泵浦头主要通过全反射把所述泵浦光限制和保留在所述光导泵浦头内，b)所述泵浦光，一旦进入该泵浦头后，至少它的主要部分将沿着锯齿形光路反复反射和传播，并反复地通过或穿行于所述激光介质件直到被光分地吸收，c)在所述泵浦光一个往返来回的泵浦过程中，没有被吸收的所述泵浦光的逸出损耗几率应小于40％，或者所述泵浦光在整个泵浦过程中的逸出损耗应小于40％，该构型的特征功能是(i)显著地减少所述泵浦光在反复反射过程中的损耗，特别是在所述光导体件中传播时的损耗，(ii)实现高效均匀泵浦，(2)第二泵浦构型，该构型采用一个渐近或阶跃折射率光学结构，(3)第三泵浦构型，该构型采用一个非圆剖面反射腔，所述非圆剖面具有一个外凸的封闭边界，其中(i)所述激光介质件必需是一个激光棒，该激光棒有一个光轴，一个特定平面和该光轴垂直，所述非圆剖面在该平面内并把所述激光棒围在其中，(ii)所述激光棒被一冷却液通道所围绕，(iii)在所述非圆剖面内，最大的距离至少不能小于四倍所述激光棒的直径，(4)第四泵浦构型，该构型采用一个双壁反射腔件，(5)第五泵浦构型，该构型采用一个空间滤波器及其衍生结构，(6)第六泵浦构型，该构型采用一个反射腔，其中：a)所述激光介质件必需是一个矩形激光片，其特征是，具有矩形的剖面，具有二个主面，二个侧面和二个尾端，尾端可为布氏角或直角，b)该矩形片必需通过二个所述主面制冷，c)所述半导体列阵件必需至少是一个和一个以上半导体一维或二维列阵，d)通过非光纤光学耦合手段耦合至一个所述入射口的所述泵浦光是来自于一个和一个以上半导体列阵，e)所述泵浦光进入所述反射腔后，反复地通过所述矩形片的二个主面，(7)第七泵浦构型，该构型采用一个非圆剖面反射腔，其中：a)所述激光介质件必需是一个矩形激光片，其特征是，具有矩形的剖面形状，具有二个主面，二个侧面和二个尾端，尾端可为布氏角或直角，b)把所述矩形片安装到一个心座中去，使所述矩形片经由所述主面，被夹在二个冷却液通道中间，所述矩形片在所述心座中的固定和密封采用硅胶RTV一类材料而不用密封圈，c)在所述冷却液通道中液体流动的方向与所述矩形片的二个侧面是垂直的，d)所述泵浦光进入所述非圆剖面反射腔后反复地通过所述矩形片的两个主面，(8)第八泵浦构型，该构型采用一个光导体件，其中：a)所述激光介质件必需是一个矩形激光片，其特征是，具有矩形的剖面形状，具有二个主面，二个侧面和二个尾端，尾端可为布氏角或直角，b)所述光导体件由至少二块光导体片构成，它们都有正反两个宽平面，c)所述矩形片先经由所述主面被所述二块光导体片夹在中间，然后再经由所述光导体片被夹在二个散热器中间，d)所述矩形的二个主面各自与所述光导体片的宽平面光学对接，所述泵浦光沿着锯齿形光路由该光学对接面绕进入所述矩形片，e)所述矩形片是经由所述光导体片和所述散热器进行热交换，所述光导体片应具有良好的导热性并经由宽平面与散热器热对接在一起，f)为了保护激光光路在所述矩形片件中的全反射，可以从以下所列中选取一种办法；(i)所述两个主面有保护膜，(ii)所述光导体片有较低的折射率，g)必要时所述光导体片靠近所述矩形激光片的那一头的端部不是垂直面而是斜面并镀以全反金膜，这样可以改变入射在它上面的所述泵浦光的传播方向，以便实现锯齿光路传播和有效泵浦，h)必要时所述散热器与所述光导体片之间的对接面可以有一个镜面化表面，用以反射所述泵浦光和实现多重反复泵浦，i)必要时，部分所述光导体件和所述宽平面可以有一个锥形形状，以便实现有效泵浦，j)当所述光导体片的侧边不满足全反射条件时，可以镀全反金膜来反射所述泵浦光，(9)第九泵浦构型，该构型采用一光导体件，其中：a)所述激光介质件必需是一个矩形激光片，其特征是，具有矩形的剖面形状，具有二个主面，二个侧面和二个尾端，尾端可为布氏角或直角，b)所述矩形片的主面与所述光导体件光学对接，另一个所述主面，与一个散热器对接，c)所述泵浦光一旦进入所述光导体件以后，至少它的主要部分将沿着锯齿形光路反复反射和传播，并反复地通过或穿行于所述矩形激光片直至被它分吸收，b)所述泵浦光从所述主面进入所述矩形片，e)为了从热对接面反射所述泵浦光和保护激光光路器全反射，选择一种办法，其中包括：(i)在该热对接面中间置入一个具有高反射率的金属箔，(ii)所述散热器的对接面被镜面化，(iii)所述矩形片件的热对接面镀有全反膜，该高反膜的第一层由具有低折射率的材料构成，f)对于所述矩形片件的光对接面，为了保护该面激光光路的全反射，选择一种办法，其中包括(i)用一保护膜或光学粘接剂，(ii)用一个MgF2材料制做的窗口，(iii)与所述光导体件之间留一小气隙，g)必要时所述光导体件的一个光学表面全部镀金以便反射泵浦光，h)必要时，部分光导体件可以有一个锥形的形状，(10)第十泵浦构型，该构型采用一个反射腔，其中：a)所述激光介质件是一个掺杂的光纤件；b)所述半导体列阵件至少包括一个一维或二维的半导体列阵，c)所述泵浦光是来自于一个或一个以上所述半导体列阵，并通过光学耦合手段耦合至一个所述入射口，d)所述泵浦光进入所述反射腔后反复地通过所述光纤件进行泵浦；E.安装和冷却所述激光介质件。