一种全泵浦范围零生热的固体激光器制造技术

本发明专利技术公开一种全泵浦范围零生热的固体激光器，包括：泵浦光源对增益晶体进行泵浦，产生激光，激光入射到第一平面反射镜，经过第一平面镜反射后再经过损耗调制模块调制，调制后的激光入射到第二平面反射镜，经过第二平面反射镜反射后回到增益晶体，被增益晶体增益后再反射到第一平面反射镜，形成环形谐振腔；增益晶体反射激光的方向和其出射激光的方向相同；光隔离器放置在上述光路中的任意位置，用于确保激光在所述环形谐振腔中单向传输；当注入功率达到阈值时，增益晶体开始生热，当达到零生热点时，损耗调制模块同步调整环形谐振腔内损耗，使得增益晶体的生热点一直处在零的状态。本发明专利技术实现了全泵浦功率密度范围内激光介质的零生热。

【技术实现步骤摘要】
一种全泵浦范围零生热的固体激光器
本专利技术涉及激光
，更具体地，涉及一种全泵浦范围零生热的固体激光器。
技术介绍
固体激光器在运行过程中由于量子亏损的存在会产生大量的废热，使得增益介质温度升高，热应力增大，最终导致输出激光光束质量降低，最大输出功率密度受到限制。随着激光功率的不断增大，解决激光器产热问题也越来越受到重视。从激光器结构和散热方式入手，出现了碟片激光器，板条激光器，光纤激光器等，它们独特的结构提升了激光增益介质的散热能力，有效地降低了热效应对激光器运行特性的影响。目前已经可以获得10千瓦以上多模激光功率的输出，但是高功率基模运行的条件下，热效应依然存在。如何进一步的降低固体激光增益介质的热效应，成为主要的研究课题。同带泵浦技术的出现为降低固体激光器的热效应提供了一个新的而且有效的途径，其中利用反斯托克斯荧光制冷效应，使激光自发辐射过程中的荧光效应对受激辐射时产生的热量进行补偿。可以实现更为有效的降低固体激光介质的生热率。其工作原理在于泵浦光的波长大于自发辐射荧光的波长，而小于受激发射激光的波长，因此，通过有效的设计使得泵浦光的量子效率ηP，激光提取比例ηL，辐射跃迁效率ηR之间相互平衡可以实现激光增益介质不生热的效果，即激光器的产热恒为零。然而，要在这个工作点的运行条件非常苛刻，并且对于一台激光器，有且仅有一个工作点可以实现零生热的要求，无法满足工业、测量等实际的需求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决现有零生热固态激光器，有且仅有一个工作点可以实现零生热，无法满足工业、测量等实际的需求的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种全泵浦范围零生热的固体激光器，包括：激光增益模块，第一平面反射镜，第二平面反射镜，损耗调制模块，光隔离器；所述激光增益模块包括增益晶体和泵浦光源；所述泵浦光源对增益晶体进行泵浦，产生激光，所述激光入射到第一平面反射镜，经过第一平面镜反射后再经过损耗调制模块调制，调制后的部分激光入射到第二平面反射镜，经过第二平面反射镜反射后回到增益晶体，被增益晶体增益后再反射到第一平面反射镜，形成环形谐振腔；所述增益晶体反射激光的方向和其出射激光的方向相同；所述光隔离器放置在上述光路中的任意位置，用于确保激光在所述环形谐振腔中单向传输；当所述损耗调制模块不被施加驱动信号时，光路被完全封闭在所述环形谐振腔，无激光输出；当所述损耗调制模块被施加驱动信号时，所述损耗调制模块开始调制所述环形谐振腔内的损耗，并将部分激光导出环形谐振腔外，形成激光输出；注入功率从零开始不断增加，在达到激光增益晶体阈值之前，损耗调制模块的调制损耗为零，增益晶体仅有自发辐射的荧光输出；当注入功率达到阈值时，由于激光振荡形成，受激辐射开始产生热量，逐渐平衡自发辐射吸收的热量，当达到零生热点时，损耗调制模块将配合注入功率的不断增加，同步调整环形谐振腔内损耗，使得增益晶体的生热点一直处在零的状态。可选地，所述损耗调制模块包括：声光晶体和驱动电源；经第一反射镜反射后的激光入射到声光晶体，然后从声光晶体出射后入射到第二反射镜；所述驱动电源用于为声光晶体提供驱动信号。可选地，所述损耗调制模块包括：起偏器、电光晶体、驱动电源以及偏光分光器；经第一反射镜反射后的激光入射到起偏器，再从起偏器出射后入射到电光晶体，然后从电光晶体出射后入射到偏光分光器，从偏光分光器出射的激光再入射到第二反射镜；所述起偏器的偏振方向与电光晶体不加驱动电压时光束入射到偏光分光器的入射面平行；所述驱动电源用于为电光晶体提供驱动信号。可选地，所述损耗调制模块包括：起偏器、液晶空间光调制器、驱动电源以及偏光分光器；经第一反射镜反射后的激光入射到起偏器，再从起偏器出射后入射到液晶空间光调制器，然后从液晶空间光调制器出射后入射到偏光分光器，从偏光分光器出射的激光再入射到第二反射镜；所述起偏器的偏振方向与液晶空间光调制器不加驱动电压时光束入射到偏光分光器的入射面平行；所述驱动电源用于为液晶空间光调制器提供驱动信号。可选地，所述增益晶体可以是块状增益介质或碟片增益介质。可选地，所述增益晶体为一个或多个；所述驱动信号与增益晶体的数量相匹配。可选地，平面反射镜的数量与增益晶体的数量相匹配。其中，平面反射镜包括第一平面反射镜和第二平面反射镜。另外，平面反射镜还可根据实际需要增加。可选地，所述损耗调制模块还可以放置在激光增益模块与第一平面反射镜之间，或者放置在第二平面反射镜与激光增益模块之间。可选地，所述声光晶体、电光晶体以及液晶空间光调制器均包括起偏检偏器。可选地，所述第一平面反射镜，第二平面反射镜可以等效替换成球面反射镜。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)本专利技术将动态损耗调制器引入激光谐振腔内，通过动态调整腔内损耗，实现了全泵浦功率密度范围内激光介质的零生热，极大地提高输出激光的光束质量。(2)本专利技术采用了环形腔的设计思想，回避了输出镜的设计，直接使用调制损耗器的损耗部分作为输出激光分量，即降低了腔内损耗，提高激光器的光-光转换效率。(3)本专利技术由于实现的激光介质即增益晶体零生热，因此没有热透镜效应，因此，谐振腔的结构及稳定性更为优越，体积更小、稳定性及性价比更高。附图说明图1是本专利技术实施例1所提供的固体激光器结构示意图；图2是本专利技术提供的零生热情况下不同泵浦功率对应的输出镜透过率曲线以及腔内产热率；图3是本专利技术实施例2所提供的固体激光器结构示意图；图4是本专利技术实施例3所提供的固体激光器结构示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为碟片，2为第一平面反射镜，3为第二平面反射镜，4为声光晶体，5为驱动电源，6为光隔离器，7为偏光分光器，8为起偏器，9为电光晶体，10为液晶空间光调制器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种环形谐振腔设计的固体激光器，通过在谐振腔内加入了损耗调制装置(如声光调制器、电光调制器、液晶调制等)和光隔离器，使得精准有效的控制腔内受激辐射和自发辐射激光的比率，从而实现全泵浦范围内激光增益介质无生热，从而解决了传统固体激光器激光介质受热效应影响的技术难题。第一方面，本专利技术提供了一种固体激光器，包括：激光增益模块，第一平面反射镜，第二平面反射镜，损耗调制模块，光隔离器。所述激光增益模块包括增益晶体(可以是光纤、碟片、块状等结构)和泵浦光源。所述损耗调制模块可以是声光调制器(声光介质、换能器、驱动单元)。第一平面反射镜和第二平面反射镜构成环形谐振腔，损耗调制模块放置在第一平面反射镜和第二平面反射镜之间。所述光隔离器放置在光路中以确保激光在谐振腔里单向传输。泵浦光源用于对有源增益晶体进行泵浦，以产生激光，所述激光经过第一平面反射镜反射，经过损耗调制模块，经过第二平面反射镜反射，回到增益模块被增益后反射，形成环形谐振腔。激光经过光隔离器只能单方向传播。损耗调制模块在不加驱动电源信号时，光路被完全封闭在环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全泵浦范围零生热的固体激光器，其特征在于，包括：激光增益模块，第一平面反射镜，第二平面反射镜，损耗调制模块，光隔离器；所述激光增益模块包括增益晶体和泵浦光源；所述泵浦光源对增益晶体进行泵浦，产生激光，所述激光入射到第一平面反射镜，经过第一平面镜反射后再经过损耗调制模块调制，调制后的部分激光入射到第二平面反射镜，经过第二平面反射镜反射后回到增益晶体，被增益晶体增益后再反射到第一平面反射镜，形成环形谐振腔；所述增益晶体反射激光的方向和其出射激光的方向相同；所述光隔离器放置在上述光路中的任意位置，用于确保激光在所述环形谐振腔中单向传输；当所述损耗调制模块不被施加驱动信号时，光路被完全封闭在所述环形谐振腔，无激光输出；当所述损耗调制模块被施加驱动信号时，所述损耗调制模块开始调制所述环形谐振腔内的损耗，并将部分激光导出环形谐振腔外，形成激光输出；注入功率从零开始不断增加，在达到激光增益晶体阈值之前，损耗调制模块的调制损耗为零，增益晶体仅有自发辐射的荧光输出；当注入功率达到阈值时，由于激光振荡形成，受激辐射开始产生热量，逐渐平衡自发辐射吸收的热量，当达到零生热点时，损耗调制模块将配合注入功率的不断增加，同步调整环形谐振腔内损耗，使得增益晶体的生热点一直处在零的状态。...

【技术特征摘要】
1.一种全泵浦范围零生热的固体激光器，其特征在于，包括：激光增益模块，第一平面反射镜，第二平面反射镜，损耗调制模块，光隔离器；所述激光增益模块包括增益晶体和泵浦光源；所述泵浦光源对增益晶体进行泵浦，产生激光，所述激光入射到第一平面反射镜，经过第一平面镜反射后再经过损耗调制模块调制，调制后的部分激光入射到第二平面反射镜，经过第二平面反射镜反射后回到增益晶体，被增益晶体增益后再反射到第一平面反射镜，形成环形谐振腔；所述增益晶体反射激光的方向和其出射激光的方向相同；所述光隔离器放置在上述光路中的任意位置，用于确保激光在所述环形谐振腔中单向传输；当所述损耗调制模块不被施加驱动信号时，光路被完全封闭在所述环形谐振腔，无激光输出；当所述损耗调制模块被施加驱动信号时，所述损耗调制模块开始调制所述环形谐振腔内的损耗，并将部分激光导出环形谐振腔外，形成激光输出；注入功率从零开始不断增加，在达到激光增益晶体阈值之前，损耗调制模块的调制损耗为零，增益晶体仅有自发辐射的荧光输出；当注入功率达到阈值时，由于激光振荡形成，受激辐射开始产生热量，逐渐平衡自发辐射吸收的热量，当达到零生热点时，损耗调制模块将配合注入功率的不断增加，同步调整环形谐振腔内损耗，使得增益晶体的生热点一直处在零的状态。2.根据权利要求1所述的全泵浦范围零生热的固体激光器，其特征在于，所述损耗调制模块包括：声光晶体和驱动电源；经第一反射镜反射后的激光入射到声光晶体，然后从声光晶体出射后入射到第二反射镜；所述驱动电源用于为声光晶体提供驱动信号。3.根据权利要求1所述的全泵浦范围零生热的固体激光器，其特征在于，所述损耗调制模块包括：起偏器、电光晶体、驱动电源以及偏光分光器；经第一反射镜反射后的激光入射到起...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广志，钱烨烽，顾标平，朱晓，王海林，董静，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42