一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法。本发明专利技术的具有高填充比表层增益板条介质包括：复合区，及分别位于复合区左右两端的两个非掺杂区；复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；非掺杂区及非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；上掺杂层和下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成。本发明专利技术通过合理设计板条激光介质的掺杂区域及切割角度，使得板条中增益区得到充分的利用，可以实现泵浦激光和振荡激光的有效分离，有效避免了双色镜对激光系统的影响。另外，本发明专利技术的高填充比表层增益板条介质具有极强的散热能力，有利于实现高效率、高功率、高光束质量激光输出。

Surface gain slab medium with high filling ratio and preparation method thereof

The invention discloses a surface gain slab medium with a high filling ratio and a preparation method thereof. The invention has high filling ratio of surface slab gain medium includes a composite region, and are located in the complex area of both ends of the two non doped region; composite zone consists of three layers from top to bottom in turn on the doped layer, non doped layer and the doped layer; non doped region and non doped layer by matrix the material of undoped active ions; doped layer and the lower layer are formed by doping ions doped activated matrix material. The present invention by doping area reasonable design of slab laser medium and cutting angle of the lath gain region can be fully utilized, can achieve effective separation of pumping laser and laser oscillation, can effectively avoid the influence of dichroic mirror on laser system. In addition, the high gain ratio surface gain slab medium of the invention has very strong heat dissipation capability, and is favorable for realizing high efficiency, high power and high beam quality laser output.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法
本专利技术涉及全固态激光器领域，特别涉及一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法。
技术介绍
全固态激光器的热效应主要由激光介质、激光二极管及其他光学元件产生，其中激光介质产生的热效应对激光器的影响最为明显。在全固态激光器中，输入激光介质的抽运能量只有部分能量成为激光输出，而其余部分的能量都被转换成为热损耗。产生热损耗的原因主要有以下三个方面：1)全固态激光器中泵浦能带的非辐射跃迁激光介质的泵浦能带与亚稳能级发生非辐射跃迁，将能量传递给激光介质；2)由于存在荧光量子效应和浓度淬灭效应，致使晶体内部产生损耗；3)激光介质吸收非匹配波长上的能量泵浦光与激光介质泵浦能带不相匹配的抽运光被介质吸收，转化为热能。激光介质一方面会吸收抽运能量，能量沉积导致发热，另一方面又因为不均匀冷却使热量发生流动，导致激光介质内部温度出现不均匀的分布，引起激光介质出现不均匀的膨胀，产生热应力，导致激光介质产生热致效应，对激光光束质量有严重的影响，限制激光输出的功率和光束质量。1969年美国通用电器公司提出板条激光器的概念，他们使用面抽运的板条状几何结构，通过合理设计的“之”字形光路，消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而得到比棒状工作物质作为固体激光器更高的平均输出功率和更好的光束质量。这种激光器在工作时，温度梯度发生在板条厚度方向上(板条宽度方向上的两侧面被热绝缘)，而光在厚度方向的两侧面(即抽运面)上发生全内反射，呈锯齿形光路在两抽运面之间传播，光传播方向近似与温度梯度方向平行，利用激光介质的对称性和“之”字型光路消除一阶热效应，从而减小激光束的热透镜效应和热光畸变效应，因此得以输出更高的平均输出功率和更好的光束质量的激光。尽管如此，这种激光器在高功率抽运下，由于板条固体激光器工作介质宽、厚度比较大，仍然存在有一定的热透镜效应，在板条宽度方向的光束质量较差。
技术实现思路
为了减小热透镜效应，提高在板条宽度方向的光束质量，本专利技术提供了一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法。本专利技术提供的具有高填充比表层增益板条介质，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，其中，在所述上掺杂层中和在所述下掺杂层中所述掺杂激活离子具有均一的掺杂浓度。本专利技术提供了一种具有高填充比表层增益板条介质的制备方法，当所述基质材料为激光晶体时，包括以下步骤：将掺杂单晶板进行切割和抛光，分别得到上掺杂层和下掺杂层，其中，所述掺杂单晶板为掺杂有激活离子的激光晶体；选择第一非掺杂单晶板，将所述上掺杂层的水平面与所述第一非掺杂单晶板的水平面进行键合；将所述第一非掺杂单晶板非键合的水平面进行减薄后精抛光，并与所述下掺杂层的水平面进行键合，得到复合区，将复合区的左右两端进行抛光；选择两个第二非掺杂单晶板，将两个所述第二非掺杂单晶板分别与所述复合区的左右两端进行端面键合，并进行抛光和切割。本专利技术还提供了一种具有高填充比表层增益板条介质的制备方法，当所述基质材料为激光陶瓷时，包括以下步骤：选择若干个非掺杂陶瓷坯料、及若干个掺杂陶瓷坯料；将若干个所述非掺杂陶瓷坯料和掺杂陶瓷坯料按照上述的具有高填充比表层增益板条介质的结构压合在一起，进行烧结成型后，切割、减薄和精抛光。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实施例设计了一种具有高填充比表层增益板条介质，包括复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层，掺杂层集中在板条激光增益介质的表面，这种增益板条介质不仅使得板条中增益区得到充分的利用，而且可以实现泵浦激光和振荡激光的有效分离，有效避免了双色镜对激光系统的影响。另外，本专利技术的高填充比表层增益板条介质具有极强的散热能力，有利于实现高效率、高功率、高光束质量激光输出。本专利技术实施例提供的具有高填充比表层增益板条介质的填充比可以达到98％以上，甚至可以达到100％。附图说明图1是本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的纵剖图；图2是本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的激光光路示意图；图3是本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的泵浦激光和振荡激光光路分离示意图；图4是本专利技术方法实施例一种具有高填充比表层增益板条介质制备方法的流程图；图5是本专利技术方法实施例另一种具有高填充比表层增益板条介质制备方法的流程图；其中：1、上掺杂层；2、非掺杂层；3、下掺杂层；4、非掺杂区。具体实施方式为了减小热透镜效应，提高在板条宽度方向的光束质量，本专利技术提供了一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。根据本专利技术的装置实施例，提供了一种具有高填充比表层增益板条介质，图1是本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的纵剖图；如图1所示，根据本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，其中，在所述上掺杂层中和在所述下掺杂层中所述掺杂激活离子具有均一的掺杂浓度。具体地，所述具有高填充比表层增益板条介质为块状结构；所述具有高填充比表层增益板条介质中的所述复合区为立方体结构；其中，所述块状结构的纵剖面为平行四边形。更加具体的，所述平行四边形中的锐角为布儒斯特角的余角(图1中的θ)，即所述具有高填充比表层增益板条介质的端头采用布儒斯特角切割。具体的，所述上掺杂层和所述下掺杂层的厚度均小于等于1mm。所述非掺杂层的厚度为大于等于3mm，优选为3～5mm。具体的，所述基质材料选取激光晶体、激光玻璃或激光陶瓷中的一种。所述激活离子选取Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm2+中的任意一种，优选为Nd3+，可以根据设计的需要掺杂各种浓度。本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质，可以采用传导冷却技术进行冷却，也可以采用冷却液直接冷却，较厚的板条结构在冷却液直接冲刷时不易因震动而变形。本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质，泵浦耦合设计优先采用端面泵浦，也可以采用侧面泵浦或大面泵浦。本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质，该种结构板条掺杂区的掺杂浓度依据所设计板条的长度，掺杂区厚度，以及所需的吸收效率确定。本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质，可以用在谐振腔中，连续运转，脉冲运转，调Q运转；也可以作为放大器使用，采用行波放大、再生放大以及多程放大各种工作方式放大各种运转方式的激光束。本专利技术装置实施例的多种掺杂浓度区的复合结构板条激光增益介质按照上述尺寸加工成型后配合适当的泵浦耦合技术、冷却技术、谐振腔技术可以实现大于1KW的激光输出。图2是本专利技术装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，其中，在所述上掺杂层中和在所述下掺杂层中所述掺杂激活离子具有均一的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，其中，在所述上掺杂层中和在所述下掺杂层中所述掺杂激活离子具有均一的掺杂浓度。2.如权利要求1所述的具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，所述具有高填充比表层增益板条介质为块状结构；所述具有高填充比表层增益板条介质中的所述复合区为立方体结构；其中，所述块状结构的纵剖面为平行四边形。3.如权利要求2所述的具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于所述平行四边形的锐角为布儒斯特角的余角。4.如权利要求1所述的具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，所述上掺杂层和所述下掺杂层中基质材料、激活离子、激活离子的掺杂浓度均相同。5.如权利要求1～4任一项所述的具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，所述上掺杂层和所述下掺杂层的厚度均小于等于1mm。6.如权利要求1～4任一项所述的具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，所述非掺杂层的厚度大于等于3mm。7.如权利要求1～4任一项所述的具有高填充比表层增益板条介质，其特征在于，所述未掺杂激活...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，陈露，唐晓军，王超，刘磊，梁兴波，赵鸿，王文涛，王钢，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11