受激耦合谐振腔激光器制造技术

本发明专利技术涉及的受激耦合腔激光器，适用于固体激光器和其他类型的激光器，所述的激光器由受激耦合腔，腔内元件（或不设置），激光工作物质，激光器谐振腔输出镜和泵浦系统等部分组成，采用不同的受激耦合腔以及它与谐振腔输出腔镜的组合使它同时具有注入种子、再生放大、多程放大、耦合腔等功能并输出高功率（能量）、高光束质量激光，适用于Ｑ－开关、长脉冲、连续工作的激光器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型谐振腔的激光器。尤其是一种适用于无论是连续工作，还是脉冲工作(长脉冲、Q-开关工作)的高功率(能量)固体受激耦合谐振腔激光器。原则上，这种谐振腔也适合于其他类型的激光器，如气体激光器、液体激光器、化学激光器、光纤激光器等的应用。长期以来激光技术发展的一个主要方向是，要求在获得高的输出功率(能量)的同时获得高的光束质量。对此，目前有两种技术方案第一种方案是，通过选模(横模、纵模)、注入种子等技术获得高光束质量的激光输出。第二种方案是，采用本振-放大系统，即，系统的第一级(本振级)只追求光束质量，而激光器的效率、输出功率(能量)的大小等都不作为重点，并在系统的第一级之后通过多级放大来获得大的输出功率(能量)。所需放大器的级数则由本振级的输出大小以及最终要求输出多大的功率(能量)而定。为了避免级间耦合造成放大器自激，就需要加大各级间的距离、采用隔离器、像中继光学系统等。为了减小放大级造成的光束畸变，有时还需要采用相位共轭等技术。上述两种方案都存在一些重大的缺点。例如，对于第一方案，采用选模(横模、纵模)等技术可以获得高的光束质量，但它们都以牺牲输出激光的功率(能量)为代价。所以单模(横模、纵模)激光器的效率、输出功率(能量)都要比多模激光器的低。如果增大激光的输出，则变为多模工作，光束质量将大大降低。对于第二方案，采用本振-放大系统可以同时获得高的输出功率(能量)和高的光束质量，例如，Randall J.St.Pierre，等人(《SPIE》，Vol.3264,1998)采用这种方案在工作重复频率100Hz时，获得每个脉冲能量9.4J，平均输出功率940W,2倍衍射极限。但它存在两个主要缺点(1)由于级数增加，系统的体积增加，稳定性、可靠性降低。因此不能用于要求小型、牢固、能在恶劣环境下工作的军用激光系统中。(2)因为连续工作激光器的增益低，其放大级的效率将很低。因此这种方案不能用于要求连续工作的激光系统中。因此，本专利技术的目的在于提出一种与现有激光器不同的新型激光器，由于所述的激光器把超短腔、注入种子、再生放大、耦合腔等技术融为一体。因此，在获得高输出功率(能量)的同时，可以获得高光束质量、高效率。所述的激光器不再需要另外增加放大级，因此结构小巧、牢固，可靠性和稳定性大大提高。由于具有自注入种子的功能，所以可用于连续工作的激光系统中。本专利技术以固体激光器作为实施例，因为这种新型受激耦合谐振腔激光器特别适用于高功率(能量)固体激光器，无论是连续工作，还是脉冲工作(长脉冲、Q-开关工作)都适用。当然，其原理也适合于在其他类型的激光器，如气体激光器、液体激光器、化学激光器、光纤激光器等中的应用。附图说明图1表示本专利技术的受激耦合腔激光器的结构示意图；图2表示传统的激光器的结构示意图；图3表示传统的本振一放大结构系统的结构示意图；图4表示本专利技术第一实施例的受激耦合腔激光器结构示意图；图5表示本专利技术第二实施例的受激耦合腔激光器结构示意图；图6表示本专利技术第三实施例的受激耦合腔激光器结构示意图；图7表示本专利技术第四实施例的受激耦合腔激光器结构示意图；图8表示本专利技术第五实施例的受激耦合腔激光器结构示意图；图9表示本专利技术第六实施例的受激耦合腔激光器结构示意图；下面将结合附图和各个实施例对本专利技术的受激耦合腔激光器的结构以及工作过程进行详细的说明。下面的描述都是以Nd:YAG(掺钕离子的钇铝石榴石)激光工作物质为例，但本专利技术不限于Nd:YAG，其他固体激光工作物质，例如Nd:YLF、Nd:YVO4、Yb:YAG、N d:YAP、玻璃等都完全适用。原理上，也适用于气体、液体、半导体等工作物质。首先，参见图2，它是一种传统的激光器的结构示意图。这种激光器通常是由谐振腔的腔镜1、4，工作物质3、泵浦系统5和腔内元件2组成。腔镜1与4构成激光器的谐振腔。通常，谐振腔后镜1是在K9玻璃或石英玻璃上镀上对激光工作波长全反射的介质膜(反射率R＞99.9％)制成。谐振腔输出镜4是在K9玻璃或石英玻璃上镀上对激光工作波长部分反射的介质膜制成，其反射率(R≈5～99％)根据激光器的种类、具体应用而定。泵浦系统5对激光工作物质3进行泵浦。当达到或超过阈值时，腔内的增益大于损耗，激光在后镜1与输出镜4构成的谐振腔内振荡、放大，最后从腔镜4输出。如果腔内元件2是光阑，则由于光阑对不同模式的损耗不同，对TEM00模的损耗最小，因此TEM00模最先起振。由于模式竞争，最后输出TEM00模激光。由于TEM00模与其邻近高阶模之间的损耗相差很小，当泵浦增强时其它高阶模也起振。因此，用这种选模方法可以获得TEM00模激光输出，但不可能同时获得大的输出能量(功率)。加标准具、光栅或采用预激光等方法可以获得单纵模激光输出，但不可能获得100％几率的单纵模工作，输出激光能量(功率)也不大。采用超短腔可以获得100％几率的单纵模工作，但由于腔长太短(例如，对于Nd:YAG激光器，要求腔长＜1mm)，因此，工作物质也很短，这就不可能获得高能量(功率)激光输出。图3所示的是一种本振-放大激光系统，这种激光系统是由主振、功率放大器、像中继光学系统和相位共轭镜等部分组成。图中所示的各部件分别是主振荡激光器9，光束整形望远镜10，法拉第隔离器11，45°全反介质膜镜12、14、17、18、21、23，像中继望远镜13、19、22、25，倍频组件15，第一、第二、第三级放大器16、20、24，波片26，透镜27，受激布里渊盒28。所示的主振荡激光器为非稳腔，变反射率输出耦合镜，并注入连续单纵模种子，因此获得高光束质量的单横模、单纵模激光。主振荡激光器的输出经多级放大(例如图中采用的三级放大)以提高输出能量(功率)，放大级的畸变由SBS校正。通过像中继光学系统降低衍射损耗、隔离放大级、抑制放大的自发辐射和寄生振荡并减少尖峰可能引起的破坏。采用这种激光系统，可以同时获得很高的光束质量和很大的激光输出能量(功率)，但是它的缺点是，系统庞大、复杂，很难在恶劣的外场环境下使用，而且所需的费用昂贵。因此，本专利技术针对已有技术中所存在的不足，以及为了适合于在恶劣的外场环境下使用，提出了本专利技术所述的受激耦合腔激光器。图1是本专利技术的受激耦合腔激光器的结构示意图。所述的激光器由谐振腔后镜1，腔内元件(光阑、Q-开关等)2，激光工作物质3，激光器谐振腔输出镜4，泵浦系统5组成。其中，所述的谐振腔后镜1其本身是一个高光束质量的微型激光器(或者可作为耦合腔激光器的一部分)，泵浦光为IP，由受激耦合腔输出种子激光IS，激光器输出激光为IL。在本专利技术中，作为激光器谐振腔的谐振腔后镜后镜1，它具有腔镜M1,M2，其本身是一个高光束质量的微型激光器，它既作为激光器谐振腔的后镜，也作为产生种子激光IS的激光器。在图1中，谐振腔后镜1的一个端面M2与输出镜4构成激光器的谐振腔，或放大器、或耦合腔的一部分。泵浦系统5对激光工作物质3进行泵浦，当泵浦强度超过一定值时，则形成激光或对种子激光进行放大，最后从输出腔镜4输出高光束质量、高功率(能量)激光IL。在本专利技术中，所述的谐振腔后镜1，它所采用的材料是一块与主激光器的工作物质3(例如，Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YVO4、Yb:YAG、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受激耦合谐振腔激光器，其特征在于：所述的激光器由谐振腔后镜（１），腔内元件（光阑、Ｑ－开关等）（２），激光工作物质（３），激光器谐振腔输出镜（４），泵浦系统（５）组成。其中，所述的谐振腔后镜（１）其本身是一个高光束质量的微型激光器（ 或者可作为耦合腔激光器的一部分），泵浦系统（５）输出泵浦光为Ｉｐ，由受激耦合腔输出种子激光Ｉｓ，激光器输出激光为Ｉ↓［Ｌ］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周寿桓，周翊，
申请(专利权)人：周寿桓，周翊，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]