一种端面泵浦激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种固体激光器，具体为一种端面泵浦激光器；包括泵浦单元、聚焦耦合系统、增益介质、谐振腔，其中泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统至激光晶体，其中所述的聚焦耦合系统依次由三片平凸镜排列组成，前2片平凸镜的凸面相对紧贴用于对入射泵浦光进行准直，第3片平凸镜片凸面向外，将平行光聚焦至增益介质，其中所述的增益介质是渐变掺杂的晶体；本实用新型专利技术通过对泵浦激光器的聚焦耦合系统和增加了增益介质的技术特征，使泵浦激光器具有降低热效应，增加光转换率的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体激光器，具体为一种端面泵浦激光器。
技术介绍
激光器按泵浦方式划分，可以分为端面泵浦激光器和侧面泵浦激光器。侧面泵浦是一种传统的泵浦方式，它的优点是泵浦光沿晶体轴向均匀分布，因此在增益介质轴向上热均匀分布，但是它的缺点是模式覆盖度差，激光阈值高，效率低。与侧面泵浦相比，端面泵浦方式可以实现泵浦光与激光之间较好的模式匹配，因此具有激光阈值低、泵浦效率高和结构紧凑等优点。随着工业和科学技术等领域对高功率激光器的需求，设计出输出功率高，光束质量好和结构紧凑的端面泵浦激光器已成为必需，而激光二极管设计和生产技术的进步为获得高输出功率的全固态激光器提供了先决条件。目前为止，光纤耦合输出半导体激光器和激光二极管阵列的最大输出功率已达500W。但是在端面泵浦激光器中，由于泵浦光沿增益介质的轴向传播，在晶体的泵浦端面，泵浦光的强度最高，晶体的温度最高，热效应最严重；随着泵浦光远离增益介质的泵浦端面，泵浦光的强度越来越弱，晶体的温度越来越低，晶体的热效应也越来越弱，在晶体的非泵浦端面，泵浦光的强度最弱，晶体的温度最低，晶体的热效应最弱。因此，减轻激光晶体热效应的关键是减轻晶体泵浦端面的热效应。因此，采取有效措施克服吸收效率低与热效应严重这一对矛盾，对端面泵浦的激光器来说是非常必要的。
技术实现思路
为了克服以上技术问题，本专利技术提供一种光束质量好、结构紧密的端面泵浦激光器。为了克服高功率端面泵浦激光器中泵浦端面严重的热效应，本专利技术设计了渐变掺杂的激光晶体，并用它作为激光器的增益介质。在单一掺杂浓度的晶体作为增益介质的端面泵浦激光器中，泵浦光沿增益介质的轴向传播，在晶体的泵浦端面，泵浦光功率最高；随着泵浦光在增益介质中传播、吸收，泵浦光的功率越来越小。因此在端面泵浦激光器中，泵浦端面的热效应最严重，离泵浦端面越远，热效应越轻，非泵浦端面的热效应最轻。增益介质内不同部分的温度与该位置离泵浦端面的距离有关，在泵浦端面，增益介质的温度最高；离泵浦端面越远，温度越低；在非泵浦端面，增益介质的温度最低，呈指数规律分布。增益介质对泵浦光的吸收系数与掺杂浓度有关，掺杂浓度越高，吸收系数越大；掺杂浓度越低，吸收系数越小。如果降低增益介质的掺杂浓度，会改善晶体端面的热效应，但又导致增益介质对泵浦光的吸收系数变小，影响增益介质对泵浦光的吸收效率。由于渐变式掺杂的晶体各部分的掺杂浓度不同，对泵浦光的吸收系数也不相等，我们设计了一个沿晶体轴向掺杂浓度单调增加或减小的渐变晶体作为增益介质，使增益介质的泵浦端面上，晶体的掺杂浓度最低；随着在增益介质中的位置远离泵浦端面，晶体的掺杂浓度越来越高；在增益介质的非泵浦端面，晶体的掺杂浓度最高。这种设计既减轻了增益介质泵浦端面的热效应又提高了增益介质其它部分对泵浦光的吸收，有效克服了热效应严重和吸收效率低这一对矛盾。但是渐变式掺杂的晶体不容易生长，因此首先要生长不同掺杂浓度的单一掺杂晶体，然后将单一掺杂浓度的晶体依据预先设计的尺寸键合起来，可得到渐变掺杂的晶体。以下是具体技术方案：一种端面泵浦激光器，包括泵浦单元、聚焦耦合系统、增益介质、谐振腔，其中泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统至激光晶体，其中所述的聚焦耦合系统依次由三片平凸镜排列组成，前2片平凸镜的凸面相对紧贴用于对入射泵浦光进行准直，第3片平凸镜片凸面向外，将平行光聚焦至增益介质，其中所述的增益介质是渐变掺杂的晶体。本专利技术通过对激光器的光路进行更改，原激光输出端口在第二光路的腔镜处，调节精度要求高，增加了调光难度。将激光输出端口调整到主光轴位置上，降低了调光难度以及光具座设计加工的复杂程度。由于使用平凹腔，在受到外力的作用下，不会导致光束质量和功率产生较大的变化。进一步的，增益介质包括泵浦端面和非泵浦端面，其中在增益介质的泵浦端面，晶体的掺杂浓度越低；随着在增益介质中的位置远离泵浦端面，晶体的掺杂浓度越来越高；在增益介质的非泵浦端面，晶体的掺杂浓度则越高。进一步的，第3平凸镜与前2片平凸镜之间的距离可调。进一步的，激光谐振腔包括2～10个腔镜。进一步的，渐变掺杂的晶体为两层以上键合在一起的层状结构的晶体，同一层的掺杂浓度相同，每一层的掺杂浓度随着与泵浦端面距离的增加而逐渐增大，起始层掺杂浓度最低为0.005％，末端层掺杂浓度最高为2％。进一步的，起始层掺杂浓度最低为0.01％，末端层掺杂浓度最高为1％。有益效果：本专利技术通过对泵浦激光器的聚焦耦合系统和增加了增益介质的技术特征，使泵浦激光器具有降低热效应，增加光转换率的优点。附图说明图1为本技术的结构示意图。其中：1、激光器2、光纤3、聚焦耦合系统4、第一平凸镜5、第二平凸镜6、第三平凸镜7、腔镜8、增益介质9、激光谐振腔10、腔镜11、腔镜12、调Q元件13、腔镜14、输出端15、非端浦端面16、泵浦端面。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术作进一步的描述。一种端面泵浦激光器，包括泵浦单元、聚焦耦合系统、增益介质、谐振腔，其中泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统至激光晶体，其中所述的聚焦耦合系统依次由三片平凸镜排列组成，前2片平凸镜的凸面相对紧贴用于对入射泵浦光进行准直，第3片平凸镜片凸面向外，将平行光聚焦至增益介质，其中所述的增益介质8是渐变掺杂的晶体。本专利技术通过对激光器的光路进行更改，原激光输出端口在第二光路的腔镜处，调节精度要求高，增加了调光难度。将激光输出端口调整到主光轴位置上，降低了调光难度以及光具座设计加工的复杂程度。由于使用平凸腔，在受到外力的作用下，不会导致光束质量和功率产生较大的变化。进一步的，增益介质包括泵浦端面16和非泵浦端面15，其中在增益介质的泵浦端面16，晶体的掺杂浓度越低；随着在增益介质中8的位置远离泵浦端面，晶体的掺杂浓度越来越高；在增益介质的非泵浦端面15，晶体的掺杂浓度则越高。进一步的，第3平凸镜6与前2片平凸镜5之间的距离可调。进一步的，激光谐振腔包括2～10个腔镜。进一步的，渐变掺杂的晶体为两层以上键合在一起的层状结构的晶体，同一层的掺杂浓度相同，每一层的掺杂浓度随着与泵浦端面距离的增加而逐渐增大，起始层掺杂浓度最低为0.005％，末端层掺杂浓度最高为2％。进一步的，起始层掺杂浓度最低为0.01％，末端层掺杂浓度最高为1％。根据附图1，谐振腔9是Z-字形激光谐振腔，由腔镜7、腔镜10、腔镜11和腔镜13组成。增益介质是渐变掺杂的Nd：YVO4晶体，该晶体为5层层状结构，前1层厚度为1毫米，第2、3层厚度为每层2毫米，第4、5层厚度为每层3毫。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种端面泵浦激光器，其特征在于，包括泵浦单元、聚焦耦合系统、增益介质、谐振腔，其中泵浦单元与聚焦耦合系统相连接，聚焦耦合系统与谐振腔相连接，其中泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统至激光晶体，其中所述的聚焦耦合系统依次由三片平凸镜排列组成，前2片平凸镜的凸面相对紧贴用于对入射泵浦光进行准直，第3片平凸镜片凸面向外，将平行光聚焦至增益介质，其中所述的增益介质是渐变掺杂的晶体。

【技术特征摘要】
1.一种端面泵浦激光器，其特征在于，包括泵浦单元、聚焦耦合系统、增益介质、谐振腔，其中泵浦单元与聚焦耦合系统相连接，聚焦耦合系统与谐振腔相连接，其中泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统至激光晶体，其中所述的聚焦耦合系统依次由三片平凸镜排列组成，前2片平凸镜的凸面相对紧贴用于对入射泵浦光进行准直，第3片平凸镜片凸面向外，将平行光聚焦至增益介质，其中所述的增益介质是渐变掺杂的晶体。2.根据权利要求1所述的一种端面泵浦激光器，其特征在于，所述的增益介质包括泵浦端面和非泵浦端面，其中在增益介质的泵浦端...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨舒童，
申请(专利权)人：济南晶众光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37