一种高平均功率高重复频率的固体激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种可以同时实现高平均功率和高重复频率的激光脉冲输出的固体激光器，所述固体激光器包括采用不同增益介质的振荡级和放大级，所述振荡级产生低平均功率、高重复频率的激光脉冲，所述放大级将所述激光脉冲放大至高平均功率，从而获得高平均功率和高重复频率的激光脉冲输出。本发明专利技术将不同的激光增益介质能够分别实现高功率激光输出和高重复频率激光输出的特性巧妙结合，结构简单，易于实现，可以有效解决单一增益介质固体激光器难以获得高平均功率和高重复频率激光输出的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器，特别是涉及一种可以同时实现高平均功 率和高重复频率的激光脉冲输出的固体激光器。
技术介绍
激光自1960年专利技术以来，已经迅速成为社会进步发展的主要推 动力量。固体激光器是应用最为广泛的一类激光器，涉及科学研究、 生产加工、国防军事、医疗生物等各个领域。高功率高重复频率的激 光输出尤其在激光制导武器干扰源、激光雷达等军事领域有非常重要 的应用。激光制导干扰概率与激光的重复频率成正比；激光脉冲重复频率的提高，可以使激光雷达的分辨率、信噪比成数量级的增加，并 增加激光雷达作用距离，还可使其具备对抗光电干扰的性能。高功率激光输出方面，如Nd:YAG (掺钕的钇铝石榴石)晶体， 是高功率固体激光器广泛釆用的一种增益介质。2006年美国的Northrop Gmmman公司报道了端面泵浦Nd:YAG板条放大链相干合 成输出19kW连续激光的结果(详见G D. Goodno, et al.， Coherent combination of high-power, zigzag slab lasers, Optics Letter 31, 1247-1249 (2006))。 Nd:YAG的饱和光强高，耐热系数大，具有优越 的热性能和机械性能，能够承受非常高的泵浦功率密度，易于实现功 率的拓展，是实现千瓦级以上连续激光输出的理想增益介质。但是 Nd:YAG的上能级寿命长，受激发射截面相对较小，调Q方式无法实 现100kHz以上重复频率的脉冲输出.目前调Q能够实现的脉冲最高重 复频率约为50kHz。高重频激光脉冲输出方面，如Nd:YV04 (掺钕的钒酸钇)晶体， 是固体激光器产生高重复频率脉冲常用的一种增益介质。Nd:YV04具有很大的受激发射截面，对脉冲的增益高，同时能级寿命短，易于 产生极高重复频率的脉冲输出。2007年本实验室报道了声光调Q掠入射Nd:YV04振荡器实现1MHz以上重复频率的脉冲输出(详见He F, et al.， Stable acousto-optics Q-switched Nd:YV04 laser at 500 kHz, Laser Physics Letters, 4(7) 511-514(2007))。但是Nd:YV04的耐热系数 小，高泵浦功率密度下晶体会发生断裂，同时晶体的饱和光强相对较 小，因而采用Nd:YV04作为增益介质的激光器最高输出功率为100W 左右，无法实现千瓦级功率的输出。目前的固体激光器难以同时实现高功率和高重复频率的激光脉 冲输出。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的就在于提供一种可以同时实现高平 均功率和高重复频率的激光脉冲输出的固体激光器。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是釆用一种高平均功率高重 复频率的固体激光器，包括增益介质不同的振荡级和放大级，所述振荡级用于产生低平均功率、高重复频率的激光脉冲，所述放大级用于 将所述激光脉冲放大至高平均功率，从而获得高平均功率和高重复频 率的激光脉冲输出。其中，所述振荡级包括用于提供泵浦光的泵浦源； 用于提供增益的振荡级增益介质； 对泵浦波长高透、对激光波长高反的振荡级双色镜； 全反镜；用于对激光进行调制从而产生低平均功率高重复频率激光脉冲 的脉冲调制器； 输出镜；所述振荡级双色镜、振荡级增益介质、全反镜、脉冲调制器、输出镜组成所述振荡级的谐振腔，所产生的激光在所述谐振腔振荡，由 输出镜输出。其中，所述脉冲调制器釆用Q开关方式或者腔倒空方式。 其中，所述放大级包括对泵浦波长高透、对激光波长高反的放大级双色镜； 对第平均功率高重复频率的激光脉冲进行放大的放大级增益介质。其中，所述固体激光器包括1个或多个放大级。其中，所述增益介质是固体激光增益介质，选自激光晶体、激光玻璃介质、激光塑料介质或激光陶瓷介质中的任意一种。其中，所述增益介质为单一激光增益介质，或包含一个或多个掺杂区域。其中，所述固体激光器的激光传输可釆用直通光路或者锯齿形光 路传输。其中，所述固体激光器采用选自端面泵浦、侧面泵浦、边缘泵浦、 角泵浦中任意一种的泵浦方式。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点(1) 、本专利技术提出的固体激光器，振荡级和放大级釆用不同的增 益介质，振荡级产生低平均功率、高重复频率的激光脉冲，放大级将 低平均功率的激光脉冲放大至高平均功率，从而获得高平均功率和高 重复频率的激光脉冲输出。(2) 、釆用本专利技术的固体激光器，可以通过分别调整振荡级和放 大级的结构，独立地优化激光的功率特性和脉冲重频特性，有利于提 高系统的效率、提高脉冲稳定性、改善输出激光的光東质量。本专利技术 将不同的激光增益介质能够分别实现高功率激光输出和高重复频率 激光输出的特性巧妙结合，结构简单，易于实现，可以有效解决单一 增益介质固体激光器难以获得高平均功率和高重复频率激光输出的问题。本专利技术可以广泛用于各种固体激光器中。 附图说明图l是本专利技术一个实施例的结构示意图； 图2是本专利技术另一实施例的结构示意图； 图3是本专利技术中间键合后掺杂区域结构示意图； 图4是图3中B-B剖面的矩形横截面示意图； 图5是图3中B-B剖面的圆形横截面示意图； 图6是本专利技术采用锯齿形光路进行激光传输的示意图； 图7是本专利技术釆用另一种锯齿形光路进行激光传输的示意图。 图中1、振荡级；2、放大级；3、泵浦源；4、泵浦耦合系统； 5、泵浦光；6、振荡级双色镜；7、振荡级增益介质；8、脉冲调制器； 9、全反镜；10、输出镜；11、脉冲输出；12、放大级增益介质；13、 激光脉冲；14、预放大级；15、预放大级脉冲输出；16、掺杂区域； 17、入射光束；18、出射光束。具体实施例方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。下面 各实施例中相同的部件釆用相同的标号。 实施例l如图1所示，本专利技术实施例1的固体激光器由振荡级1和放大级 2组成，其中，振荡级1包括用于提供泵浦光5的泵浦源3，泵浦耦 合系统4，双色镜6，振荡级增益介质7(Nd:YV04晶体)，脉冲调制器 8(声光调制器件)，全反镜9，输出镜IO。振荡级l产生的低平均功率 高重复频率脉冲输出11。放大级包括放大级双色镜，放大级增益介 质12(Nd:YAG晶体)。放大级输出的高平均功率高重复频率激光脉冲 13。振荡级1中，泵浦光5由泵浦源3发出，经耦合系统4入射到振 荡级增益介质7。双色镜6镀有膜层，对泵浦波长高透，对激光波长 高反。全反镜9和输出镜IO组成振荡级的谐振腔，脉冲调制器8对7激光进行Q调制，产生低平均功率高重复频率的激光脉冲11。放大 级2的泵浦结构与振荡级1相同，放大级增益介质12对振荡级的输 出ll进行放大，获得高平均功率高重复频率的激光脉冲13。其中，振荡级的增益介质Nd:YV04的增益谱的中心波长约为1064.29nm ，放 大级的增益介质Nd:YAG晶体的增益谱的中心波长约为1064.42nm,两者相差很小，经计算两波长的不匹配造成提取效率下降仅10%,确 保采用这两种不同增益介质的结构能够实现高平均功率高重复频率 的激光输出，同时保持较高的光光效率。实施例2实施例2如图2所示，本专利技术实施例2的固体激光器由振荡级1、 预放大级14和放大级2组成。振荡级1包括泵浦源3，泵浦耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高平均功率高重复频率的固体激光器，其特征在于，包括增益介质不同的振荡级和放大级，所述振荡级用于产生低平均功率、高重复频率的激光脉冲，所述放大级用于将所述激光脉冲放大至高平均功率，从而获得高平均功率和高重复频率的激光脉冲输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳强，巩马理，付星，闫兴鹏，崔进宇，黄磊，闫平，张海涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]