一种碟片固体激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种碟片固体激光器，它包括二个鼓形抛物面反射镜、碟片激光晶体、矫正镜和激光输出镜；二个反射镜相对放置，且底面相互平行且在同一平面，两反射镜的光轴存在一定的偏移量；碟片激光晶体一面镀有高反膜并安装在晶体支架上，另一面镀有高透膜，碟片激光晶体放置在一反射镜的焦点上或离焦处，该离焦量小于碟片激光晶体的直径；矫正镜放置在另一反射镜的焦点处或离焦处，该离焦量小于碟片激光晶体的直径。本实用新型专利技术多次泵浦，仅需对光线进行必要的准直，通过控制两抛物面的离轴量或碟片激光晶体与矫正镜的相对角度就可实现可控的多次泵浦，且泵浦次数得到了极大提高，更有利于实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种碟片固体激光器
本技术属于激光技术，具体涉及一种基于离轴抛物面的碟片固体激光器。技术背景随着激光技术水平的提高，固体激光器向着高平均功率、高光束质量、高转换效率的方向快速发展。目前以光纤激光器和碟片激光器为代表的新一代固体激光器已经成为激光器家族中的典型代表。此类高档工业激光器与其他高新技术相互融合，使得固体激光器在汽车车身外板焊接、汽车板拼焊和金属板材切割等领域有着越来越广泛的应用。碟片固体激光器多采用准三能级激光介质，利用其热效应低，掺杂浓度高的特点， 将其几何外形设计成碟片状(0. 2mm Imm)。碟片晶体的前表面镀有对泵浦光和激光均高透的增透膜，后表面镀有对泵浦光和激光均高反的高反膜，有利于构成激光谐振腔。碟片晶体封装在铜钨合金或金刚石基板上，端面采用液体冲击冷却或高效TEC冷却，实现有效地温控。这种轴向的温度场分布极大地消除了晶体热变形对激光输出的影响，便于获得更好光束质量的激光。然而这种碟片状的几何外形存在对泵浦光吸收长度小的缺点，为了提高泵浦光的吸收效率，多次泵浦技术和光斑勻化技术是高功率碟片固体激光器高效稳定运行的核心技术之一。1994年，A.GieSen教授提出了多次泵浦的概念，碟片思想得以实现。 2003年，Steffen Erhard等提出了单抛物面物面和多棱镜构成的空间旋转多次泵浦的结构；2005年，StefTen Erhard等对上述方案进行改进提出了基于单抛物面和两个大型棱镜实现光束空间旋转多次泵浦技术的方案，实现泵浦光32次的泵浦，使得泵浦光得到有效地利用。2008年，朱晓等提出一种基于对称共轭双抛物面的多次泵浦方案，实现泵浦光斑的多次传输，其泵浦次数与激光晶体和矫正镜的夹角有关。Steffen Erhard等提出碟片激光器的多次泵浦技术要求入射光斑为圆形准直光斑，光斑在整个抛物面空间多次旋转传输，且以光轴为轴对称分布从而实现多次泵浦。这就需要加工尺寸较大的抛物面和折叠镜以实现上述光线的传输；朱晓教授等提出共轭抛物面的多次泵浦方案对矫正镜和碟片晶体之间的角度关系直接决定泵浦光斑的次数，由于入射孔位置和共轭抛物面几何结构的限制，泵浦光斑的次数受到较大的制约，而且在装配和调整方面存在两抛物面共轭放置的严格要求，装配精度比较严格。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型的基于离轴抛物面的碟片固体激光器，该激光器有利于实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。本技术提供的碟片固体激光器，其特征在于，它包括第一鼓形抛物面反射镜、 第二鼓形抛物面反射镜、碟片激光晶体、矫正镜和激光输出镜；其中，激光输出镜与碟片激光晶体构成谐振腔；第一鼓形抛物面反射镜和第二鼓形抛物面反射镜相对放置，且底面相互平行且在同一平面，第一鼓形抛物面反射镜、第二鼓形抛物面反射镜的光轴存在偏移量 Ah，0 < Ah < 1/2PH1，其中，PHl为第一鼓形抛物面反射镜上下两个端面的距离；碟片激光晶体一面镀有对泵浦光和输出激光高反的膜层并安装在晶体支架上，另一面镀有对泵浦光和输出激光高透的膜层，碟片激光晶体放置在第二鼓形抛物面反射镜的焦点上或适当离焦，其离焦量小于碟片激光晶体的直径；矫正镜放置在第一鼓形抛物面反射镜的焦点处或适当离焦，其离焦量小于碟片激光晶体的直径。上述技术方案可以采用下述一种或多种方式进行改进(一)该碟片固体激光器还包括激光全反镜，其中碟片激光晶体和激光全反镜与激光输出镜构成谐振腔；(二)第一鼓形抛物面反射镜、第二鼓形抛物面反射镜的光轴存在偏移量Ah，0 < Ah < 1/2PH1，其中，PHl为第一鼓形抛物面反射镜上下两个端面的距离；(三)第二鼓形抛物面反射镜的外形比第一鼓形抛物面反射镜的外形大，即 >w, PHl为第一鼓形抛物面反射镜上下两个端面的距离，PH2为第二鼓形抛物面反射镜上下端面的距离，w为入射光斑的宽度； (四)碟片激光晶体的厚度为0. 2mm 1mm，直径为4mm 25mm ；(五)碟片激光晶体安装时其法线与光轴存在一夹角α，0< α < π/4;(六)矫正镜安装时其法线与光轴存在一夹角β，0彡β < π/4。本技术装置的核心在于多次泵浦系统，较前述的两种方案，实现相同泵浦次数时，抛物面的尺寸作的更为小巧，对光束传输的控制更为高效，方式更为灵活。仅需对光线进行必要的准直，通过控制两抛物面的离轴量或碟片激光晶体与矫正镜的相对角度就可实现可控的多次泵浦，且泵浦次数得到了极大提高，更有利于实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。具体而言，本技术具有以下优点(1)采用贴片式冷却方式，碟片状激光晶体热效应小，实现高功率、高光束质量、 高效率的连续激光输出。(2)采用离轴鼓形抛物面多次传输系统对入射的泵浦光进行多次传输与变换，降低了对泵浦光的准直特性和光斑形状的要求，泵浦光准直系统的设计难度得以降低。(3)两个鼓形抛物面反射镜对称离轴放置，通过调整离轴量的大小或碟片晶体与矫正镜的夹角实现可控的多次泵浦，调整难度降低的同时，极大地增加泵浦次数和光线的可控性，在实现高效泵浦的同时，泵浦光斑的均勻性得以较大提高。(4)设备体积较小、机械结构和调整简单、质量较轻，便于工业应用。附图说明图1是基于离轴抛物面的碟片固体激光器结构示意图；图2是第一鼓形抛物面反射镜和第二鼓形抛物面反射镜示意图及光斑在其表面的分布特性；(a)为第一鼓形抛物面反射镜表面光斑分布特性，(b)为第二鼓形抛物面反射镜表面光斑分布特性。图3是基于离轴抛物面碟片激光器泵浦光多次传输和V型谐振腔示意图；图4是基于离轴抛物面碟片激光器泵浦光多次传输和直线型谐振腔示意图。具体实施方式本技术采用两个鼓形的抛物面反射镜作为聚光腔，两个抛物面反射镜的面型函数可以相同也可以不同，但外形尺寸不同。通过控制两抛物面反射镜的离轴量和碟片激光晶体与矫正镜之间的夹角实现对入射光束的多次传输，完成碟片晶体的多次均勻泵浦，提高泵浦光的利用效率。下面通过借助实施例更加详细地说明本技术，但以下实施例仅是说明性的， 本技术的保护范围并不受这些实施例的限制。如图1所示，第一方案提供的基于离轴抛物面的碟片固体激光器包括第一鼓形抛物面反射镜2，第二鼓形抛物面反射镜3，碟片激光晶体4、矫正镜5，晶体支架6，激光输出镜7，激光全反镜8，其中碟片激光晶体4和激光全反镜8与激光输出镜7构成谐振腔。经准直后的泵浦光1，一般为经过光学系统准直后的半导体激光，若采用柱面镜整形，获得的为矩形光斑，其中光斑的宽度为《，快轴与慢轴的发散角相等时，在碟片激光晶体 4上获得正方形泵浦光斑；若采用的是带尾纤的半导体激光器，则准直后的泵浦光为圆形光束。第一鼓形抛物面反射镜2和第二鼓形抛物面反射镜3构成聚光腔的核心部分。两抛物面反射镜相对放置，且底面相互平行且在同一平面。第一鼓形抛物面上下两个端面的距离为PH1，第二鼓形抛物面上下端面的距离为PH2，如图2所示。两抛物面反射镜的光轴存在一定的偏移量Ah(0< Ah< (PHl)/幻。第二鼓形抛物面反射镜3与第一鼓形抛物面反射镜2的面型函数可以相同也可不同。为便于接收经准直后的泵浦光1，第二鼓形抛物面反射镜3的外形比第一鼓形抛物面反射镜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广志，朱晓，王海林，朱长虹，郭飞，齐丽君，尚建力，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：