一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器制造技术

本发明专利技术涉及碟片激光器技术领域，特别涉及到一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器。包括沿着光路依次布设的泵浦源、准直匀化系统、多冲程泵浦腔及谐振腔，其中多冲程泵浦腔内设有碟片晶体、平凹非球面反射镜及多组棱镜组，平凹非球面反射镜为具有中心通孔的环形结构，平凹非球面反射镜用于接收泵浦源发射的泵浦光并且进行聚焦；碟片晶体设置于平凹非球面反射镜的聚焦中心位置，用于泵浦光抽运及产生激光束；多组棱镜组沿周向布设于碟片晶体的周围，用于泵浦光的二次角度转换并且以平行光的形式再次入射至平凹非球面反射镜上。本发明专利技术有效降低了晶体的热透镜效应，对于高量子亏损增益介质Er

【技术实现步骤摘要】
一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器


[0001]本专利技术涉及碟片激光器
，特别涉及到一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器。

技术介绍

[0002]波长为2.94μm的激光处于近红外波段，有极高的瞬间温度，该波长激光位于水的3um吸收峰附近，由于2.94μm波段激光正好处在水的吸收峰(3μm)附近，水分子对该波段有强烈地吸收作用。另外，由于生物细胞中70％以上均为水分，Er激光在生物细胞组织中的穿透深度很浅，因此2.94μm波段的激光还能避免损伤细胞中的其他分子键、也不和二氧化碳激光器产生的激光那样具有很大的热损伤，它对肌体的机械损伤、热损伤都很小。因而Er:YAG激光器正逐渐成为整形外科手术等医用领域的重要研究方向和研究热点。在医学上是理想的手术刀，所以Er激光在生物和医学等领域有着广阔的前景；同时，2.94μm激光还可用作光参量振荡器的抽运光源，获得3-12μm的可调谐中红外激光。
[0003]目前，由于Er
3+
激光器的泵浦源一般采用970nm附近波长进行泵浦，其量子亏损达到67％，以热量形式浪费掉。通常采用棒状Er；YAG作为增益介质，利用波长为970nm附近的二极管激光器作为泵浦源，实现调Q激光脉冲。但是由于Er:YAG在工作中产生的热量极大，无法实现高重复频率工作，通常只有几Hz到几十Hz，远远满足不了目前的医疗和工业需求。同时由于其在高功率下具有严重的热透镜效应，使得其在高泵浦下产生的激光光束质量比较差，难以进行精密加工、精密医疗等领域。
专利
技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，以减小Er泵浦棒状增益介质带来的热透镜问题，使得其可以获得更高能量的脉冲激光输出。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，包括沿着光路依次布设的泵浦源、准直匀化系统、多冲程泵浦腔及谐振腔，其中多冲程泵浦腔内设有碟片晶体、平凹非球面反射镜及多组棱镜组，所述平凹非球面反射镜为具有中心通孔的环形结构，所述平凹非球面反射镜用于接收泵浦源发射的泵浦光并且进行聚焦；所述碟片晶体设置于平凹非球面反射镜的聚焦中心位置，用于泵浦光抽运及产生激光束；多组棱镜组沿周向布设于碟片晶体的周围，用于泵浦光的二次角度转换并且以平行光的形式再次入射至所述平凹非球面反射镜上。
[0007]所述碟片晶体的背面设有热沉。
[0008]所述碟片晶体的前侧镀有增透膜，后侧镀有反射膜，所述增透膜用于提高泵浦光的透过率，所述反射膜用于提高剩余泵浦光的反射率。
[0009]所述碟片晶体的厚度为50-200um。
[0010]每组所述棱镜组均包括两个棱镜，两个棱镜相对于水平面对称设置，并且两个棱镜相互垂直。
[0011]所述棱镜组的数量至少为五组。
[0012]所述准直匀化系统包括沿光路依次设置的匀化棒和准直透镜。
[0013]所述谐振腔内设有调Q开关、F-P标准具、反射镜及输出耦合镜，其中调Q开关、F-P标准具及反射镜沿光路依次设置，所述输出耦合镜OC设置于谐振腔的激光输出口位置处，用于激光的脉冲输出。
[0014]所述谐振腔与所述平凹非球面反射镜的中心通孔相对应。
[0015]所述泵浦源采用波长为970
±
10nm的二极管。
[0016]本专利技术的优点及有益效果是：
[0017]1.本专利技术将Er:YAG晶体厚度减薄至50-200um，使晶体的废热只沿单一轴向散热，有效降低了晶体的热透镜效应，对于高量子亏损增益介质Er
3+
掺杂的晶体具有良好的散热效果，可获得更高功率的泵浦，进一步拓展2940纳米在医疗和广电对抗领域的应用。
[0018]2.本专利技术通过利用互相成90度的反射镜组和一个非球面反射镜，构成多冲程泵浦结构，解决了传统泵浦模式中棱镜角度计算的困扰，在加工上，只需要成对制作棱镜即可，取代了传统泵浦模式中，四个棱镜组各不相同的加工困难，进一步降低了激光器的成本和设计难度。
[0019]3.本专利技术通过将F-P标准具引入腔内，可实现2940nm波长窄线宽输出，扩展其应用领域。
[0020]4.本专利技术通过采用碟片技术，将Er:YAG增益介质的厚度进行压缩，提高了其直径厚度比(50-100:1)，使得其热流方向仅沿一维方向，大大提升其换热效率，同时利用声光调Q或电光调Q装置，例如RTP，TeO2等调Q晶体，使得其能够实现大能量，kHz脉冲激光输出，极大的提高了2940纳米激光的加工效率，进一步拓宽了其在医疗、工业和国防上的应用领域。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器的结构示意图。
[0022]图中：1为泵浦源，2为准直匀化系统，21为匀化棒，22为准直透镜，3为碟片晶体，4为多冲程泵浦腔，5为谐振腔，6为热沉，7为棱镜组，8为平凹非球面反射镜，9为调Q开关，10为F-P标准具，11为反射镜，12为输出耦合镜。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0024]如图1所示，本专利技术提供的一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，包括沿着光路依次布设的泵浦源1、准直匀化系统2、多冲程泵浦腔4及谐振腔5，其中多冲程泵浦腔4内设有碟片晶体3、平凹非球面反射镜8及多组棱镜组7，平凹非球面反射镜8为具有中心通孔的环形结构，平凹非球面反射镜8用于接收泵浦源1发射的泵浦光并且进行聚焦；碟片晶体3设置于平凹非球面反射镜8的聚焦中心位置，用于泵浦光抽运及产生激光束；多组棱镜
组7沿周向布设于碟片晶体3的周围，用于泵浦光的二次角度转换并且以平行光的形式再次入射至平凹非球面反射镜8上。
[0025]本专利技术的实施例中，泵浦源1采用波长为970
±
10nm的二极管。准直匀化系统2包括沿光路依次设置的匀化棒21和准直透镜22，其中匀化棒21采用多边形棒或SI型光纤，材料为石英、蓝宝石等材料。
[0026]本专利技术的实施例中，碟片晶体3的前侧镀有增透膜，后侧镀有反射膜，增透膜用于提高泵浦光的透过率，反射膜用于提高剩余泵浦光的反射率。具体地，碟片晶体3采用50％掺杂浓度的Er:YAG材质作为增益介质，其厚度范围为50-200um。
[0027]在上述实施例的基础上，碟片晶体3的背面设有热沉6，用于背向冷却。本实施例中，平凹非球面反射镜8的凹面朝向碟片晶体3的方向，碟片晶体3位于平凹非球面反射镜8的聚焦中心位置，其正面用于泵浦光抽运，背面焊接在金属热沉上用于背向冷却；平凹非球面反射镜8的中心通孔使泵浦光通过，周边的环带用于作为反射端镜与增益介质(碟片晶体3)后表面构成谐振腔。
[0028]本专利技术的实施例中，每组棱镜组7均包括两个棱镜，两个棱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，其特征在于，包括沿着光路依次布设的泵浦源(1)、准直匀化系统(2)、多冲程泵浦腔(4)及谐振腔(5)，其中多冲程泵浦腔(4)内设有碟片晶体(3)、平凹非球面反射镜(8)及多组棱镜组(7)，所述平凹非球面反射镜(8)为具有中心通孔的环形结构，所述平凹非球面反射镜(8)用于接收泵浦源(1)发射的泵浦光并且进行聚焦；所述碟片晶体(3)设置于平凹非球面反射镜(8)的聚焦中心位置，用于泵浦光抽运及产生激光束；多组棱镜组(7)沿周向布设于碟片晶体(3)的周围，用于泵浦光的二次角度转换并且以平行光的形式再次入射至所述平凹非球面反射镜(8)上。2.根据权利要求1所述的基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，其特征在于，所述碟片晶体(3)的背面设有热沉(6)。3.根据权利要求2所述的基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，其特征在于，所述碟片晶体(3)的前侧镀有增透膜，后侧镀有反射膜，所述增透膜用于提高泵浦光的透过率，所述反射膜用于提高剩余泵浦光的反射率。4.根据权利要求3所述的基于Er的大能量2940纳米脉冲碟片激光器，其特征在于，所述碟片晶体(3)的厚度为50-200um。5.根据权利要求1所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，刘锐，公发全，李想，贾勇，戴隆辉，雷希音，邓淞文，金玉奇，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：