径向偏振薄片激光器制造技术

一种径向偏振薄片激光器，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源(10)、准直透镜(20)、聚焦透镜(30)、激光增益介质(50)、散热介质(55)、布鲁斯特双轴锥体(60)及输出透镜(70)。布鲁斯特双轴锥体(60)包括两个相对的锥体和连接两个锥体的柱体，锥体的锥面(S5，S7)与底面形成的夹角为布鲁斯特角。激光增益介质(50)与散热介质(55)相键合。激光增益介质(50)与输出透镜(70)之间形成激光谐振子腔。泵浦源(10)发出的泵浦激光经过准直透镜(20)和聚焦透镜(30)后，聚焦于激光增益介质(50)，产生的光子在激光谐振子腔内振荡，并最终从输出透镜(70)输出径向偏振激光束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】径向偏振薄片激光器
本专利技术涉及激光器，特别是涉及一种带有增益介质的能够产生径向偏振激光的薄片激光器。
技术介绍
薄片激光器是全固态激光器中的一种，自Adolf.Giesen等人1994年首次实现薄片激光器以来，其得到了迅速发展。薄片激光器采用厚度很小而横向尺寸较大的薄片状材料作为激光器的增益介质，即薄片增益介质。薄片激光器工作时需要对薄片增益介质进行散热。传统的薄片增益介质的冷却装置包括附着于薄片增益介质上的高热导率的紫铜热沉。紫铜热沉上设置有冷却介质微通道。由于薄片增益介质的面积很大、厚度很小，因此增益介质上的热量可以快速、有效的通过紫铜热沉传递给冷却介质微通道，再由冷却介质带走。薄片激光器具有可以高效导出增益介质内的热沉积、减弱增益介质的热透镜效应等优点，因此可以实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。由于薄片激光器具有上述优点，因此已广泛应用于国防军事、科学研究、工业生产等各个方面。但是薄片激光器工作时，加载到薄片增益介质上的热量使得薄片增益介质的温度成高斯分布，即薄片增益介质中间部分的能量密度较高，从中间部分向四周扩散的部分的能量密度逐渐降低。从而导致薄片增益介质中间部分向外膨胀较大，形成类似倒扣的“碗状”变形，此即薄片激光器的热透镜效应。当薄片激光器高功率运行时，薄片增益介质的热透镜效应会影响激光器的输出功率、输出激光的稳定性及激光光束质量。当薄片增益介质膨胀变形超过材料的承受能力，甚至会导致薄片增益介质炸裂。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种改善热透镜效应、提高输出稳定性的径向偏振薄片激光器。一种径向偏振薄片激光器，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、激光增益介质、散热介质、布鲁斯特双轴锥体及输出透镜，其中，所述布鲁斯特双轴锥体包括两个相对的锥体和连接所述两个锥体的柱体，所述锥体的锥面与底面形成的夹角为布鲁斯特角，所述激光增益介质与所述散热介质相键合，所述激光增益介质与所述输出透镜之间形成激光谐振子腔，所述泵浦源发出的泵浦激光经过所述准直透镜和聚焦透镜后，聚焦于所述激光增益介质，产生的光子在所述激光谐振子腔内振荡，并最终从所述输出透镜输出径向偏振激光束。在其中一个实施例中，所述激光增益介质为掺杂浓度为5.0at％～15at％的Yb：YAG圆片或掺杂浓度为1.0at％～5.0at％的Nd：YAG圆片，所述Yb：YAG圆片或Nd：YAG圆片的厚度为0.2～0.5mm。在其中一个实施例中，所述散热介质的材料为YAG晶体，所述散热介质的厚度为所述激光增益介质的两倍。在其中一个实施例中，所述布鲁斯特双轴锥体的材料为YAG晶体，所述布鲁斯特角为61.2134°±2’。在其中一个实施例中，所述布鲁斯特双轴锥体的材料为石英，所述布鲁斯特角为55.4°±2’。在其中一个实施例中，所述径向偏振薄片激光器还包括凹面反射镜组，所述凹面反射镜组设置在所述激光增益介质与所述布鲁斯特双轴锥体之间，未被所述激光增益介质吸收的泵浦激光经所述凹面反射镜组反射后，重新进入所述激光增益介质。在其中一个实施例中，所述凹面反射镜组包括七片内反射镜和八片外反射镜，所述七片内反射镜与所述聚焦透镜排列成以所述布鲁斯特双轴锥体的轴线为对称轴的内圆环，所述八片外反射镜排列成一个环绕所述内圆环的外圆环。在其中一个实施例中，所述激光增益介质远离所述布鲁斯特双轴锥体的一面设有对入射光高透、对出射光高反的第一双色光学膜，所述激光增益介质靠近所述布鲁斯特双轴锥体的一面设有对出射光高透、对入射光高透的第二双色光学膜。在其中一个实施例中，所述散热介质的两个底面均设有出射光高透膜。在其中一个实施例中，所述布鲁斯特双轴锥体的两个锥面分别设有出射光高透膜。在其中一个实施例中，所述径向偏振薄片激光器还包括透镜座、泵浦头及第一密封盖，所述第一密封盖和所述泵浦头配合形成一个收容所述透镜座的泵浦腔，所述凹面反射镜组固定在所述透镜座上，所述第一密封盖内设有冷却液循环系统。在其中一个实施例中，所述径向偏振薄片激光器还包括散热装置、第二密封盖及冷却装置，所述散热装置的一侧开设有容纳所述激光增益介质和所述散热介质的收容腔，所述第二密封盖固定设置在所述散热装置的该侧，所述冷却装置与所述第二密封盖相贴合，所述散热装置和所述第二密封盖上均设有冷却液循环系统。在其中一个实施例中，所述冷却装置和所述第二密封盖上共同开设有指向所述激光增益介质的锥形孔。在其中一个实施例中，所述径向偏振薄片激光器还包括输出镜筒和第三密封盖，所述输出镜筒的一端与所述第三密封盖相配合形成输出镜腔，所述布鲁斯特双轴锥体被固定在所述输出镜腔的一端，所述输出透镜固定在所述输出镜腔的另一端，所述第三密封盖上还设有冷却液循环系统。在其中一个实施例中，所述泵浦源发出的泵浦激光的波长为940nm。在其中一个实施例中，所述径向偏振激光束的波长为1030nm。上述实施例的激光增益介质与散热介质的键合，能够改善薄片的热透镜效应，并能稳定地输出径向偏振的激光。附图说明通过附图中所示的本专利技术的优选实施例的更具体说明，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为一实施例的径向偏振薄片激光器的原理示意图；图2为一实施例的径向偏振薄片激光器的剖视图。图3为图2所示径向偏振薄片激光器的立体分解示意图。图4a为图3所示激光增益介质和散热介质的立体示意图。图4b为图3布鲁斯特双轴锥体的剖面示意图。图5为光子在布鲁斯特双轴锥体与激光增益介质内外的传播路径示意图。图6为940nm泵浦光光子能量高斯模式分布图。图7为940nm泵浦光单次端泵长度为10mmYb：YAG晶体棒泵浦光子能量分布图。图8为长度为10mm的Yb：YAG棒状晶体对940nm泵浦光的吸收函数图。图9为940nm泵浦光单次端泵0.5mm厚的Yb：YAG薄片时泵浦光子能量分布图。图10为Yb：YAG薄片晶体对940nm泵浦光的吸收函数图。图11为光学谐振腔的局部立体剖视图。图12为凹面反射镜组和泵浦头的剖面示意图。图13为凹面反射镜组和泵浦头的立体分解示意图。图14为平面波入射空气与YAG介质的折射与反射示意图。图15显示了光从空气进入YAG时的反射率随入射角θi的变化曲线。图16显示了光从空气进入YAG时的透射率随入射角θi的变化曲线。图17为光子在布鲁斯特双轴锥体中传输时的偏振状态变化示意图。图18为布鲁斯特双轴锥体的冷却装置的剖视图。图19为图18所示的冷却装置的立体分解示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种径向偏振薄片激光器，其特征在于，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、激光增益介质、散热介质、布鲁斯特双轴锥体及输出透镜，其中，所述布鲁斯特双轴锥体包括两个相对的锥体和连接所述两个锥体的柱体，所述锥体的锥面与底面形成的夹角为布鲁斯特角，所述激光增益介质与所述散热介质相键合，所述激光增益介质与所述输出透镜之间形成激光谐振子腔，所述泵浦源发出的泵浦激光经过所述准直透镜和聚焦透镜后，聚焦于所述激光增益介质，产生的光子在所述激光谐振子腔内振荡，并最终从所述输出透镜输出径向偏振激光束；所述径向偏振薄片激光器还包括凹面反射镜组，所述凹面反射镜组设置在所述激光增益介质与所述布鲁斯特双轴锥体之间，未被所述激光增益介质吸收的泵浦激光经所述凹面反射镜组反射后，重新进入所述激光增益介质。2.如权利要求1所述的径向偏振薄片激光器，其特征在于，所述激光增益介质为掺杂浓度为5.0at％～15at％的Yb:YAG圆片或掺杂浓度为1.0at％～5.0at％的Nd:YAG圆片，所述Yb:YAG圆片或Nd:YAG圆片的厚度为0.2～0.5mm。3.如权利要求2所述的径向偏振薄片激光器，其特征在于，所述散热介质的材料为YAG晶体，所述散热介质的厚度为所述激光增益介质的两倍。4.如权利要求2所述的径向偏振薄片激光器，其特征在于，所述布鲁斯特双轴锥体的材料为YAG晶体，所述布鲁斯特角为61.2134°±2’。5.如权利要求2所述的径向偏振薄片激光器，其特征在于，所述布鲁斯特双轴锥体的材料为石英，所述布鲁斯特角为55.4°±2’。6.如权利要求1所述的径向偏振薄片激光器，其特征在于，所述凹面反射镜组包括七片内反射镜和八片外反射镜，所述七片内反射镜与所述聚焦透镜排列成以所述布鲁斯特双轴锥体的轴线为对称轴的内圆环，所述八片外反射镜排列成一个环绕所述内圆环的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，龚成万，赵建涛，杨锦彬，宁艳华，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳市大族数控科技有公司，
类型：发明
国别省市：广东;44