一种激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种激光器，包括半导体激光器、光学整形系统、耦合反射镜、反射镜、平板电极对、放电腔、匹配网络、射频电源、尾镜和输出镜，其特征在于：放电腔内充有工作气体；平板电极对平行对称放置于放电腔内，其表面具有对半导体泵浦激光和输出增益激光的高反射特性；半导体激光为泵浦光，其中心波长与放电腔内工作气体射频放电后的气体粒子吸收谱线相匹配，通过耦合反射镜注入至放电腔内。本实用新型专利技术具有结构紧凑、体积小、放电均匀、泵浦效率高等特点，可以有效防止高功率连续单模激光、高功率皮秒飞秒激光的非线性效应，实现高光束质量、良好的大气与光纤传输特性、高加工效率条件下的中高功率的激光输出。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种新型激光器，特别涉及一种具有体积小、结构紧凑、泵浦效率高、光束质量好、大气与光纤传输特性良好、加工效率高的固体激光器与气体激光器相结合的半导体泵浦的混合型激光器。。
技术介绍
随着科技的发展，激光能源工业领域、激光工业加工领域以及航空航天和国防领域对于高光束质量、高效率和高功率的激光器需求与日俱增。基于上述需求，提出一种新的混合型激光器。对于激光器而言，增益介质是其核心，它决定了输出光束的波长，同时对激光器的功率水平和光束模式有决定性的影响。高功率激光光源的增益介质主要经历了YAG棒状增益介质(难以获得基模输出)---CO2气体增益介质(数千瓦级基模)---光纤增益介质(千瓦级基模)的发展历程。高功率CO2激光器采用气体增益介质，基模输出功率高，光束质量好，但存在电光转换效率低，结构庞大，远红外波长不适合光纤柔性传输等不足，在千瓦级的薄板及中等板厚的激光切割焊接应用中，高功率光纤激光器逐步取代高功率CO2激光器成为主力光源，但是由于热效应以及光纤中非线性效应的影响，限制了单光纤激光器输出功率的进一步提升。目前已经提出的半导体泵浦碱金属蒸气激光器也属于半导体泵浦气态增益介质激光器结构，然而其存在工作物质容易污染激光输出窗口；其工作物质在常温下为固态，需要通过加热手段使其转换为气体，该过程不仅为激光器带来了额外热源而且对碱金属蒸气池的温度控制和碱金属化学活性的控制提出了挑战；其输出激光过程还产生对人体和环境有毒有害的物质。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本技术借助现有板条激光器技术提供了一种半导体泵浦的混合型激光器，其目的在于解决现有高功率半导体激光光束质量不好和现有半导体泵浦气体介质激光器存在的输出功率不高，工作物质污染激光输出窗口以及其工作过程中产生对对人体和环境有毒有害物质的问题。为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种激光器，包括半导体激光器、光学整形系统、平板电极对、耦合反射镜、反射镜、匹配网络、射频电源、放电腔、尾镜、输出镜，所述耦合反射镜和反射镜的反射面相对、分别位于平板电极对之间放电区域的两端面；所述尾镜和输出镜分别位于平板电极对之间放电区域的两个侧面，两者和放电腔共同组成光学非稳谐振腔，输出镜用于激光束输出；所述耦合反射镜几何形状与反射镜相同，其反射面上开设有透光窗口，用于泵浦光透射进入放电腔；所述透光窗口的大小、形状与泵浦光斑放电腔端面的形状、大小相对应。所述射频电源、通过匹配网络与平板电极对连接；所述平板电极对由两块平板电极组成，平行安装于放电腔的内壁两侧，用于对放电腔内的工作气体进行射频放电；所述平板电极对由金属制成，对泵浦光和输出激光有反射作用；工作中，半导体激光器产生泵浦光，发出的泵浦光经过光学整形系统汇聚成与耦合反射镜的透光窗口相匹配的光斑，透射注入至放电腔中；产生的激光束经输出镜输出。进一步的，所述激光器的放电腔中的放电介质为稀有气体或稀有气体与其他辅助气体组成的混合气体；半导体激光器所发激光的中心波长与放电腔内放电介质射频放电后产生的气体粒子的吸收谱线相匹配。进一步的，所述激光器的放电腔的气体采用氩气和氦气，氩气与氦气的体积比为1：50～1：3，工作在0.5～1.0个大气压下。进一步的，所述激光器的耦合反射镜在面向泵浦光入射的一面和泵浦光透光窗口处分别镀有一层对该泵浦光的高透射率膜，耦合反射镜其余部分镀有一层对该泵浦光的高反射率膜；或者耦合反射镜在面向泵浦光入射的一面开设的透光窗口和靠近平板电极对的另一面镀有一层对该泵浦光的高透射率膜，其他部分镀有对该泵浦光的高反射率膜。进一步的，所述激光器的平板电极对由铝或铜制成，其面向放电区域的表面高度光洁，或镀有一层同时具有对泵浦光和输出激光高反射特性的反射膜，用于提高泵浦效率。进一步的，所述激光器的平板电极对内部设置有水冷通道，可进一步提高激光器功率。进一步的，所述激光器的放电腔由金属或陶瓷材料制成。本激光器借助与现有的板条激光器技术，具有结构紧凑、体积小、工作稳定的特点；其结合气体激光器和半导体激光器的优点，有效解决了半导体激光器光束质量不好以及固态增益介质在高功率下的非线性效应等问题，可以实现高功率、高光束质量、短波长激光输出的完美结合，可以有效防止高功率连续单模激光、高功率皮秒飞秒激光的非线性效应，具有高功率的激光输出和脉冲能量高、光束质量好、量子效率高、良好的大气与光纤传输特性、加工效率高等特点，是未来太空能量传输、超短脉冲激光大规模工业应用等领域的重要潜在光源。其不同于常规激光器，半导体泵浦放电气体激光器激射激光是一个两级泵浦过程，即射频放电过程和泵浦半导体激光在放电管内与射频放电后气体粒子的碰撞过程，该结构可以提高放电稳定性、泵浦效率和转换效率，从而提高激光器的输出功率。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比能够取得下列有益效果：(1)使用的工作物质为化学特性稳定、无毒无害的高纯度单一稀有气体或两种稀有气体混合的二元混合气体或稀有气体与其他辅助气体组成的多元混合气体。该类工作物质在激光输出过程中不会产生对人和环境有毒有害的物质。(2)采用镀膜技术，使耦合反射镜在半导体泵浦激光入射处具有对半导体泵浦激光的增透特性，其他部分和耦合反射镜具有对半导体泵浦激光的高反特性，同时结合光学整形系统，有利于半导体泵浦激光更加充分的注入至放电腔内，提高半导体泵浦激光的泵浦强度，从而提高输出激光的泵浦效率。(3)使用的平板电极对由铝或铜等常用金属材质制成，加工制作简单便宜；平板电极对内部设有水冷流道，可以带走激光输出过程中产生的废热，提高射频放电的稳定性；通过耦合方式进入放电腔中，使放电过程不会出现电极溅射污染放电腔内环境和谐振腔镜片；平板电极对表面具有对半导体泵浦激光和输出激光的高反特性可以增加半导体泵浦激光与放电腔内工作气体射频放电后气体粒子的碰撞概率，提高泵浦效率，从而有利于提高输出激光的功率。(4)借助现有射频板条结构，使用非稳谐振腔技术提取输出激光，技术更成熟、更可靠；将两块平板电极对平行放置于放电腔内壁上、下两侧，该结构紧凑，极间距小，所需击穿电压更低，有利于放电的稳定性和均匀性。附图说明图1是本技术提供的半导体泵浦的混合型激光器的侧视示意图；图2是本技术提供的半导体泵浦的混合型激光器的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器，其特征在于，包括半导体激光器(1)、光学整形系统(2)、平板电极对(3)、耦合反射镜(4)、反射镜(5)、匹配网络(6)、射频电源(7)、放电腔(8)、尾镜(14)和输出镜(15)；所述耦合反射镜(4)和反射镜(5)的反射面相对、分别位于平板电极对(3)之间放电区域的两端面；所述尾镜(14)和输出镜(15)分别位于平板电极对(3)之间放电区域的两个侧面，尾镜(14)、输出镜(15)和放电腔(8)共同组成光学非稳谐振腔，输出镜(15)用于激光束输出；所述耦合反射镜(4)几何形状与反射镜相同，其反射面上开设有透光窗口，用于泵浦光透射进入放电腔；所述透光窗口的大小、形状与泵浦光斑放电腔(8)端面的形状、大小相对应；所述射频电源(7)通过匹配网络(6)与平板电极对(3)连接；所述平板电极对(3)由两块平板电极组成，平行安装于放电腔(8)的内壁两侧，用于对放电腔(8)内的工作气体进行射频放电；所述平板电极对(3)由金属制成，对泵浦光和输出激光有反射作用；工作中，半导体激光器(1)产生泵浦光，发出的泵浦光经过光学整形系统(2)汇聚成与耦合反射镜(4)的透光窗口相匹配的光斑，透射注入至放电腔(8)中；产生的激光束经输出镜(15)输出。...

【技术特征摘要】
1.一种激光器，其特征在于，包括半导体激光器(1)、光学整形系统(2)、平板电极对(3)、耦合反射镜(4)、反射镜(5)、匹配网络(6)、射频电源(7)、放电腔(8)、尾镜(14)和输出镜(15)；
所述耦合反射镜(4)和反射镜(5)的反射面相对、分别位于平板电极对(3)之间放电区域的两端面；所述尾镜(14)和输出镜(15)分别位于平板电极对(3)之间放电区域的两个侧面，尾镜(14)、输出镜(15)和放电腔(8)共同组成光学非稳谐振腔，输出镜(15)用于激光束输出；所述耦合反射镜(4)几何形状与反射镜相同，其反射面上开设有透光窗口，用于泵浦光透射进入放电腔；所述透光窗口的大小、形状与泵浦光斑放电腔(8)端面的形状、大小相对应；
所述射频电源(7)通过匹配网络(6)与平板电极对(3)连接；所述平板电极对(3)由两块平板电极组成，平行安装于放电腔(8)的内壁两侧，用于对放电腔(8)内的工作气体进行射频放电；所述平板电极对(3)由金属制成，对泵浦光和输出激光有反射作用；
工作中，半导体激光器(1)产生泵浦光，发出的泵浦光经过光学整形系统(2)汇聚成与耦合反射镜(4)的透光窗口相匹配的光斑，透射注入...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦应雄，陈汉元，彭浩，万辰皓，龙思琛，巫详曦，唐霞辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42