一种多波长泵浦免温控固体激光器及多波长选择方法技术

本发明专利技术公开了一种多波长泵浦免温控固体激光器，泵浦源LD阵列热沉上设置有多波长LD阵列，多波长LD阵列的发光面对准泵浦光整形镜和泵浦光耦合镜的入射端面，多波长LD阵列出射的多波长泵浦光经泵浦光整形镜整形后，通过在泵浦光耦合镜中的全反射及耦合后依次进入1064nm全反镜、端面键合纯YAG和Nd:YAG激光增益介质，调Q系统置于Nd:YAG激光增益介质和1064nm输出镜之间。还公开了一种多波长泵浦免温控固体激光器的多波长选择方法，本发明专利技术可实现激光器免温控运转，无需温控或波长锁定器件；泵浦光能量的吸收转换效率高；泵浦光吸收转换效率稳定，后期输出激光功率稳定；激光器输出性能对环境温度变化不敏感。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光
，特别涉及一种多波长泵浦免温控固体激光器，还涉及一种多波长泵浦免温控固体激光器的多波长选择方法，在国防、军事、民用等领域具有广泛的应用价值。技术背景激光二极管泵浦固体激光器(DiodesPumpedSolid-StateLaser—DPL)具有长寿命、高效率、高光束质量、高稳定性等优点，是目前固体激光器的一个主要的发展方向。但是这种激光器自专利技术至今的发展中，体积、重量和功耗没有得到明显改善，小型轻量化技术瓶颈一直没能获得突破，严重制约着其在更高层次和更广范围的应用。根本原因是激光二极管(LD)的发射谱线较窄，波长线宽仅为3nm左右，在DPL设计中往往需要将其发射谱线中心与激光介质Nd:YAG吸收谱峰相匹配，以达到有效利用泵浦能量的目的。但是由于LD发射波长会随其工作温度变化，一旦LD随温度变化发生波长漂移，将导致与工作物质的吸收谱线失配，造成泵浦光吸收效率降低，激光器功率/能量下降，从而温度波动导致激光器输出功率不稳定。因此，为了使泵浦光波长与激光介质Nd:YAG吸收峰相匹配，获得较高的泵浦光吸收效率，需要对其进行激光泵浦源LD进行精确的波长控制。目前报道的LD波长控制主要有两种，一种是用TEC传导冷却结合闭环温控的手段控制LD的工作温度，优点是直接、有效。但附加的温控系统成为激光器的重要组成部分，同时也导致了激光器体积、重量和功耗的严重增加，限制了激光器的小型化和高效率的应用与发展。另一种是在激光腔外加光栅使特定波长形成反馈，从而引导谐振腔中波长的锁定。这种方法的优点是附加设备的体积小、重量轻，而且没有额外功耗。但是外加光栅本身也是精密光学元件，需要很高的调整精度，且波长锁定效果受环境温度影响明显。这两种解决LD波长漂移的方法都存在一定适用性受限问题。因此，DPL激光器的免温控条件下宽温度范围稳定运转成为值得关注的问题。专利技术人在DPL激光器研究过程中发现，随着LD工作温度的不断变化，虽然发射中心波长随之漂移，但是输出功率基本保持不变。而激光输出能量会由于泵浦光和增益介质谱线失配而波动起伏。如果摒弃传统的定点精确温控思路，科学的扩展LD谱线数量，使得在较宽的温度范围内，实现多波长LD泵浦光和Nd:YAG吸收谱较好匹配。并采取有效措施确保多波长LD泵浦光在激光介质内有足够的吸收长度，尽管与Nd:YAG吸收谱失配的泵浦光吸收系数较低，仍能够获得理想的吸收效率，使激光输出性能保持不变，进而获得激光器宽温度范围免温控运转。同时，采用不同波长有序混合的泵浦光改善其在激光介质内的吸收和增益匀化，就可解决DPL激光器免温控宽温度范围稳定工作的难题，减小巨大的温控系统，实现激光器小型轻量化，同时也可节约温控所需的巨大功耗。目前，未见基于长吸收距离的多波长LD泵浦免温控激光器的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种多波长泵浦免温控固体激光器，还提供一种多波长泵浦免温控固体激光器的多波长选择方法。一种多波长泵浦免温控固体激光器，包括泵浦源LD阵列热沉，泵浦源LD阵列热沉上设置有多波长LD阵列，多波长LD阵列的发光面对准泵浦光整形镜和泵浦光耦合镜的入射端面，多波长LD阵列出射的多波长泵浦光经泵浦光整形镜整形后，通过在泵浦光耦合镜中的全反射及耦合后依次进入1064nm全反镜、端面键合纯YAG和Nd:YAG激光增益介质，调Q系统置于Nd:YAG激光增益介质和1064nm输出镜之间。一种多波长泵浦免温控固体激光器的多波长选择方法，包括以下步骤：步骤1：设定Nd:YAG激光增益介质的掺杂浓度和吸收长度，设定多波长LD阵列的波长变化范围，设定多波长LD阵列的波长泵浦能量比例范围，设定LD的免温控波长范围；步骤2：在多波长LD阵列的波长变化范围内以及多波长LD阵列的波长的泵浦能量比例范围内选择多波长LD阵列的波长组合及对应的泵浦能量比例；步骤3：计算多波长LD阵列的激光器输出能量E0；具体为：其中，η为ηq·ηb·ηr·ηe·ηs，ηq为量子效率，ηb为交叠效率，ηr为辐射量子效率，ηe为激光提取效率，ηs为斯托克斯损失，Ai为不同波长LD所输出光能量的加权系数，加权系数A1～AN之和为1，为各个波长的频域中发射谱线中心光强，λi为各个波长，λ0i为多波长LD中心波长，α(λi，β)为Nd:YAG激光增益介质的吸收系数曲线由函数，i为波长的序号，i∈{1～N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长泵浦免温控固体激光器，包括泵浦源LD阵列热沉(1)，其特征在于，泵浦源LD阵列热沉(1)上设置有多波长LD阵列(2)，多波长LD阵列(2)的发光面对准泵浦光整形镜(3)和泵浦光耦合镜(4)的入射端面，多波长LD阵列(2)出射的多波长泵浦光经泵浦光整形镜(3)整形后，通过在泵浦光耦合镜(4)中的全反射及耦合后依次进入1064nm全反镜(5)、端面键合纯YAG(6)和Nd:YAG激光增益介质(7)，调Q系统(8)置于Nd:YAG激光增益介质(7)和1064nm输出镜(9)之间。

【技术特征摘要】
1.一种多波长泵浦免温控固体激光器，包括泵浦源LD阵列热沉(1)，其特
征在于，泵浦源LD阵列热沉(1)上设置有多波长LD阵列(2)，多波长LD阵列
(2)的发光面对准泵浦光整形镜(3)和泵浦光耦合镜(4)的入射端面，多波
长LD阵列(2)出射的多波长泵浦光经泵浦光整形镜(3)整形后，通过在泵浦
光耦合镜(4)中的全反射及耦合后依次进入1064nm全反镜(5)、端面键合纯
YAG(6)和Nd:YAG激光增益介质(7)，调Q系统(8)置于Nd:YAG激光增益介
质(7)和1064nm输出镜(9)之间。
2.一种多波长泵浦免温控固体激光器的多波长选择方法，其特征在于，包
括以下步骤：
步骤1：设定Nd:YAG激光增益介质(7)的掺杂浓度和吸收长度，设定多波
长LD阵列(2)的波长变化范...

【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，刘旭，魏靖松，谭朝勇，朱孟真，陈霞，
申请(专利权)人：中国人民解放军武汉军械士官学校，
类型：发明
国别省市：湖北;42