无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔制造技术

本公开提供一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，包括：晶体棒(4)；两个无掺杂晶体(5)，分别键合在所述晶体棒(4)的两端，所述无掺杂晶体(5)的两个非键合端面镀膜，一端镀高反膜(6)，另一端镀部分反射膜(7)；以及泵源模块(3)，环所述晶体棒(4)轴线，作为泵浦区；通过将晶体材料键合在晶体棒上填补棒端面与谐振腔腔镜之间的空气间隙，可有效解决泵源模块内介质棒的轴向热畸变、制冷导致的介质棒端面起雾、结露以及谐振腔腔镜微小位移导致激光器功率降低、长期运转可靠性差等技术难题。

【技术实现步骤摘要】
无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔
本公开属于全固体激光器
，尤其涉及一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔。
技术介绍
全固态激光器是半导体泵浦的固体激光器，兼具半导体激光器和固体激光器的优点，具有效率高、寿命长、光束质量好、体积适中、可柔性传输等优点，是目前较成熟的激光技术之一。激光谐振腔是构成激光器的三大要素之一，而高功率全固态激光器通常由若干个半导体激光侧面泵浦的泵源模块通过谐振与放大的串接模式实现，因此，激光谐振腔不仅仅是构成高功率全固态激光器的核心要素，它的性能，如：可靠性和稳定性，直接决定全固态激光器整机的品质，同时它的几何尺寸对整机结构的小型化也具有较大的影响。通常，千瓦以上全固态激光器所采用的谐振腔一般为平平对称谐振腔，即构成谐振腔的高反镜和部分反射镜都是平面镜，且对称放置于增益晶体棒两端，晶体棒一般略长于半导体泵浦区。镜面与晶体棒的两个端面存在一个空气间隙，该间隙的长度由需要获得的激光参数(功率、光束质量)确定。这样的结构存在三个弊端：首先，晶体棒随着泵浦光的增强温度会升高，表面散热会导致晶体棒内部温度不均匀，除了径向上的热畸变退化光束质量，轴向上的热畸变导致棒端面轻微突起也会退化光束质量；其次，增益介质在发热的同时受冷却，腔内由于散射光、热辐射的存在引起温度升高，通常在30～40℃。根据加工的工艺需求，激光器在运行时需要对输入电流进行调制，在电流较低时，晶体棒端面会冷却到接近冷却液的温度(一般小于25℃)，此时腔内的温度比晶体棒端面的温度高十几度，如果腔内未进行干燥处理，晶体棒端面存在起雾或者结露的风险，可能导致激光输出功率降低，严重时会损伤膜层引起激光器损坏；第三，谐振腔的两个镜片一般固定于可调节的机械装置上，随着激光器使用时间延长，镜架经过了频繁的小幅度的温度循环，如果最初构成镜架的金属材料存在机械应力，则随着应力的释放镜架会发生微小的形变，导致镜片产生微小的角位移，最终偏离谐振腔的最佳光路引起输出功率降低。因此，提高激光谐振腔的性能对激光器的实际应用至关重要。传统的平平对称谐振腔，如图1所示，其晶体棒置于泵源模块中，晶体棒是Nd：YAG，直径6mm，长度是155mm，原子掺杂浓度是0.6％，泵源模块是五维泵浦结构，即有五组半导体一维线阵(1×12)泵源均匀环绕晶体棒，泵浦区长度为144mm，两端等距离放置谐振腔镜，腔镜1是对激光高反射的高反镜，腔镜2是对激光部分反射的输出镜，输出镜的透过率为30％，谐振腔镜与晶体棒之间为空气间隙，每一端空气间隙的长度是200mm。这样的谐振腔可以获得600W以上的输出功率，且光束质量小于20mm·mrad。这种带有空气间隙的谐振腔最大的优点是灵活，可以方便的调节参数，但是其缺点也是显而易见的：(1)除了径向的热透镜效应，晶体棒轴向上的热畸变导致棒端面轻微突起也会导致光束质量变差；(2)激光器在运行间隔期间晶体棒的端面有起雾、结露的风险；(3)长期使用时，镜片容易偏离最佳位置降低输出功率。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供了一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，通过将晶体材料键合在晶体棒上填补棒端面与谐振腔腔镜之间的空气间隙，可有效解决泵源模块内介质棒由于热畸变导致的端面突起、制冷导致的介质棒端面起雾、结露以及谐振腔腔镜微小位移导致激光器功率降低、长期运转可靠性差的技术难题。(二)技术方案本公开提供一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，包括：晶体棒4；两个无掺杂晶体5，分别键合在所述晶体棒4的两端，所述无掺杂晶体5的两个非键合端面镀膜，一端镀高反膜6，另一端镀部分反射膜7；以及泵源模块3，泵源模块(3)，均匀环绕所述晶体棒(4)，作为泵浦区。在本公开实施例中，所述泵源模块3，包括晶体棒4的泵源以及密封有晶体棒冷却水的玻璃管。在本公开实施例中，所述泵源包括：均匀环绕晶体棒4设置的五组半导体一维线阵。在本公开实施例中，所述晶体棒为Nd：YAG激光晶体，掺杂Nd+3离子的原子百分比浓度为0.6％。在本公开实施例中，所述晶体棒4的长度为120mm～180mm；比所述泵源模块3的轴向长度长6～10mm。在本公开实施例中，所述晶体棒4的直径为5～7mm。在本公开实施例中，所述无掺杂晶体5的长度为100mm～120mm。在本公开实施例中，所述无掺杂晶体5的直径等同于所述晶体棒4的直径。在本公开实施例中，所述高反膜6的反射率高于99％；所述部分反射膜7的透过率为25％～35％。在本公开实施例中，所述无掺杂晶体5的非键合端面类型为平面或球面。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)可有效抑制晶体棒轴向热畸变引起的端面突起，改善输出光的光束质量；(2)不仅可以缩短谐振腔的长度，而且可以有效避免由于晶体棒冷却造成的端面起雾、结露等问题，提高了谐振腔输出功率的稳定性；(3)可以有效避免谐振腔长期运行时镜片失调等常见技术问题，提高了谐振腔的长期可靠性。附图说明图1为传统平平对称谐振腔示意图。图2为本公开实施例无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔示意图。图3为本公开实施例紧凑型无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】3-泵源模块；4-晶体棒；5-无掺杂晶体；6-高反膜；7-部分反射膜；8-球面端面高反膜；9-球面端面部分反射膜；10-激光束。具体实施方式本公开提供了一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，通过将晶体材料键合在晶体棒上填补棒端面与谐振腔腔镜之间的空气间隙，可有效解决泵源模块内介质棒由于热畸变导致的端面突起、制冷导致的介质棒端面起雾、结露以及谐振腔腔镜微小位移导致激光器功率降低、长期运转可靠性差的技术难题。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开如图2所示的谐振腔可以规避如图1所示的谐振腔的缺点。在本公开实施例中，提供一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，如图2所示，所述的无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，包括：晶体棒4；两个无掺杂晶体5，分别键合在所述晶体棒4的两端；所述无掺杂晶体5的两个非键合端面镀膜，一端镀高反膜6，另一端镀部分反射膜7；泵源模块3，均匀环绕所述晶体棒(4)，环所述晶体棒4轴线设置，作为泵浦区；包括晶体棒4的泵源以及密封有晶体棒冷却水的玻璃管；所述晶体棒为Nd：YAG激光晶体，掺杂Nd+3离子的原子百分比浓度为0.6％。所述晶体棒4的长度为120mm～180mm；比所述泵源模块3的轴向长度长6～10mm；所述晶体棒4的直径为5～7mm；所述泵源包括：五组的半导体一维线阵，均匀环绕晶体棒4设置，对其进行泵浦。所述无掺杂晶体5等效空气间隙光程；所述无掺杂晶体5的长度为100mm～120mm，直径等同于所述晶体棒4的直径；所述无掺杂晶体5的长度是110mm，这样所述无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔的物理长度将比图1所示的传统的平平对称谐振腔的长度减少180mm，结构将更紧凑，且由于无掺杂晶体的代替空气间隙消除了晶体棒端面的突起。无掺杂晶体不需要冷却也不存在起雾、结露等风险。谐振腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，包括：晶体棒(4)；两个无掺杂晶体(5)，分别键合在所述晶体棒(4)的两端，所述无掺杂晶体(5)的两个非键合端面镀膜，一端镀高反膜(6)，另一端镀部分反射膜(7)；以及泵源模块(3)，均匀环绕所述晶体棒(4)，作为泵浦区。

【技术特征摘要】
1.一种无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，包括：晶体棒(4)；两个无掺杂晶体(5)，分别键合在所述晶体棒(4)的两端，所述无掺杂晶体(5)的两个非键合端面镀膜，一端镀高反膜(6)，另一端镀部分反射膜(7)；以及泵源模块(3)，均匀环绕所述晶体棒(4)，作为泵浦区。2.根据权利要求1所述的无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，所述泵源模块(3)，包括晶体棒(4)的泵源以及密封有晶体棒冷却水的玻璃管。3.根据权利要求2所述的无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，所述泵源包括：均匀环绕晶体棒(4)设置的五组半导体一维线阵。4.根据权利要求1所述的无空气间隙的全封闭晶体键合激光谐振腔，所述晶体棒为Nd：YAG激光晶体，掺杂Nd+3离子的原子百分比浓度为0.6％。5.根据权利要求1所述的无空气间隙的全...

【专利技术属性】
技术研发人员：林学春，赵鹏飞，于海娟，刘燕楠，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11