本实用新型专利技术公开了一种半导体激光泵浦放电气体激光器，包括半导体激光器、光学整形系统、电极对、放电管、匹配网络、射频电源、尾镜和输出镜，其特征在于：放电管内充有工作气体；电极对平行对称放置于放电管外；半导体激光为泵浦光，其中心波长与放电管内工作气体射频放电后产生的气体粒子吸收谱线相匹配，从放电管与电极对之间的侧面注入至放电管内。本实用新型专利技术激光器的放电管内腔具有对半导体泵浦激光的高反特性。本实用新型专利技术可以有效克服高功率连续单模激光、高功率皮秒飞秒激光的非线性效应，降低碱金属蒸气激光器对人和环境的不利影响，同时高脉冲能量、高光束质量、高量子效率、高泵浦效率、良好的大气与光纤传输特性的超高功率激光输出。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种半导体激光泵浦放电气体激光器，特别涉及一种具有超高功率的激光输出、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和加工效率高的全固态激光器与气体激光器相结合的混合型激光器。
技术介绍
随着科技的发展，激光能源工业和激光工业加工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，提出一种半导体激光泵浦放电气体激光器。增益介质是激光器的心脏，决定了输出光束的波长，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。另外，目前已经提出的半导体泵浦碱金属蒸汽激光器存在其输出功率不高；其工作物质在常温下为固态，需要通过加热的方式将固态的工作物质转换为气态，该过程给激光系统带来额外的废热的同时对碱金属蒸气池的温度控制和碱金属化学活性的控制也带来了挑战；其在输出激光过程中其工作物质不仅会污染激光输出窗口，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，本技术提供一种量子效率高、脉冲能量高、光束质量好、良好的大气与光纤传输特性、超高输出功率的半导体激光泵浦放电气体激光器。其目的在于解决现有半导体泵浦气体介质激光器结构存在输出功率不高，工作物质污染激光输出窗口以及产生对人体和环境有害物质等问题。本技术提出一种半导体激光泵浦放电气体激光器，包括半导体激光器、光学整形系统、电极对、放电管、电极对、屏蔽腔、尾镜和输出镜：所述电极对由两块电极组成，平行对称紧贴放置于放电管外层，通过匹配网络与射频电源相连，用于对放电管内的工作气体进行射频放电；所述尾镜和输出镜分别位于放电管两个端面，两者与放电管共同组成谐振腔，输出镜用于激光束输出；所述放电管的外壁靠近光学整形系统一面(即泵浦光入射面)镀有与泵浦光形状尺寸相适应、对该泵浦光波段的高透射率膜，外壁其余部分镀有对泵浦光波段的高反射率膜，放电管内壁不镀膜或者镀有一层对泵浦光波段的高透射率膜；放电管内注有工作气体，工作气体为稀有气体或稀有气体与其他辅助气体组成的混合气体；所述半导体激光器用于产生泵浦光，发出的泵浦光通过光学整形系统，会聚成一个窄长条状的光斑，通过放电管外壁的高透射率膜，注入放电管内；所述泵浦光的中心波长与放电管内工作气体射频放电后产生的气体粒子的吸收谱线相匹配。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的放电管中的工作气体为氩气与氦气的混合气体，气压在0.5～2.0个大气压，氩气与氦气体积比为1:50～1:4。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的放电管中的工作气体可以为氖气、氩气、氪气或氙气中的一种，或为氖气与氦气、氩气与氦气、氪气与氦气或氙气与氦气的二元混合气体，或为氖气、氩气、氪气、氙气或氦气同其他辅助气体的多元混合气体。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的电极对为铝或铜材料制成，电极对与放电管接触面为平面或与放电管外壁吻合较好的曲面，使得放电更加均匀。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的电极对内部设置有水冷流道，可以减少温度上升带来的形变。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的屏蔽腔安装在电极对外部，由金属材料制成，其内部充有高电离能气体或抽成真空，用于防止放电管内工作气体在阈值之下发生击穿；屏蔽腔与半导体激光器相对位置设有屏蔽腔窗口，用于泵浦光透射。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的放电管内设有进气口和排气口，在进气口和排气口之间的外部管路串联有风机和热交换器，使工作气体形成气体循环，可进一步改进散热效果。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的屏蔽腔内有多个放电管串联，各相邻放电管外壁的电极对布放方向相互垂直，可进一步提高激光器输出功率。进一步的，所述半导体激光泵浦放电气体激光器的放电管是圆柱形，放电效果更好。本激光器结合气体激光器和全固态激光器的优点，有效解决了固态增益介质在高功率下的非线性效应，可以实现高功率、高光束质量、短波长激光输出的完美结合，这种新型结构的激光器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，具有超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，是未来高能激光武器、太空能量传输、远程激光加工、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，从而提高输出功率。与现有技术相比，本激光器具有如下优点：(1)使用的工作物质为化学特性稳定、无毒无害的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。在常温下该类工作物质为气态，有利于循环流动，为实现高功率激光输出提供强有力支撑，且在激光输出过程中不会产生对人和环境有毒有害的物质。在工作气体采用氩气与氦气时，气压在0.5～2.0个大气压，氩气与氦气比例为1:50～1:4时，具有很高的电光转换效率和对泵浦半导体激光的良好吸收特性，有利于提高泵浦效率，从而激光输出功率。(2)在射频放电过程中使用的放电管通过采用镀膜技术，在不影响其气密性的同时使其具备对泵浦半导体激光的高反特性，以实现泵浦半导体激光在放电管内进行类似黑体吸收的多程反射过程，增加泵浦激光与放电后管内气体粒子的碰撞概率，可以提高本激光系统的泵浦效率，从而提高输出激光的功率。(3)在射频放电过程中使用的电极对，由铝或铜等常用金属制成，加工简单便宜；其内部设有水冷流道，通过水冷方式带走废热，减小电极对的形变，从而提高激光器的稳定性，有利于超高功率激光的输出。(4)泵浦半导体激光经过光学整形系统后汇聚成一个窄长条状光斑，使其更好地注入至放电管内，提高了其泵浦强度和均匀性，增加了其与射频放电后气体粒子的碰撞面积，从而增加了两者的碰撞概率，因此大大提高半导体激光的泵浦质量和泵浦效率。(5)提高工作气体的气压有利于提高输出激光的功率，在高气压条件下(约0.5～2.0个大气压)，使用一个气密性好的屏蔽腔将放电管与电极对密封起来，在其内部充入高电离能气体或抽至接近真空状态，防止过高的放电电压率先击穿放电管外部的空气，以保证放电电压充分高效的作用于工作气体的放电过程，从而提高气体放电的稳定性和均匀性，有利于高功率激光的输出。(6)借助现有的轴快流技本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体激光泵浦放电气体激光器，包括半导体激光器(1)、光学整形系统(2)、电极对(4)、放电管(5)、电极对(4)、屏蔽腔(6)、尾镜(9)和输出镜(10)，其特征在于：所述电极对(4)由两块电极组成，平行对称紧贴放置于放电管(5)外层，通过匹配网络(7)与射频电源(8)相连，用于对放电管(5)内的工作气体进行射频放电；所述尾镜(9)和输出镜(10)分别位于放电管(5)两个端面，两者与放电管(5)共同组成谐振腔，输出镜(10)用于激光束输出；所述放电管(5)的外壁靠近光学整形系统(2)一面镀有与泵浦光形状尺寸相适应、对该泵浦光波段的高透射率膜(12)，外壁其余部分镀有对泵浦光波段的高反射率膜(13)，放电管(5)内壁不镀膜或者镀有一层对泵浦光波段的高透射率膜(12)；放电管(5)内注有工作气体，工作气体为稀有气体；所述半导体激光器(1)用于产生泵浦光，发出的泵浦光通过光学整形系统(2)，会聚成一个窄长条状的光斑，通过放电管(5)外壁的高透射率膜(12)，注入放电管(5)内；所述泵浦光的中心波长与放电管(5)内工作气体射频放电后产生的气体粒子的吸收谱线相匹配。
【技术特征摘要】
1.一种半导体激光泵浦放电气体激光器，包括半导体激光器(1)、光学整形系统(2)、电极对(4)、放电管(5)、电极对(4)、屏蔽腔(6)、尾镜(9)和输出镜(10)，其特征在于：
所述电极对(4)由两块电极组成，平行对称紧贴放置于放电管(5)外层，通过匹配网络(7)与射频电源(8)相连，用于对放电管(5)内的工作气体进行射频放电；
所述尾镜(9)和输出镜(10)分别位于放电管(5)两个端面，两者与放电管(5)共同组成谐振腔，输出镜(10)用于激光束输出；
所述放电管(5)的外壁靠近光学整形系统(2)一面镀有与泵浦光形状尺寸相适应、对该泵浦光波段的高透射率膜(12)，外壁其余部分镀有对泵浦光波段的高反射率膜(13)，放电管(5)内壁不镀膜或者镀有一层对泵浦光波段的高透射率膜(12)；放电管(5)内注有工作气体，工作气体为稀有气体；
所述半导体激光器(1)用于产生泵浦光，发出的泵浦光通过光学整形系统(2)，会聚成一个窄长条状的光斑，通过放电管(5)外壁的高透射率膜(12)，注入放电管(5)内；所述泵浦光的中心波长与放电管(5)内工作气体射频放电后产生的气体粒子的吸收谱线相匹配。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述放电管(5)中的工作气体可以为氖气、氩气、氪气或氙气中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述电极对(4)为铝或铜材料制成，电极对(4)与放电管(5)接触面为平面或与放电管(5)外壁吻合较...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉元，秦应雄，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
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