專利名稱：激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器。
背景技術(shù)：
LD/LDA(LD列陣)泵浦的固體激光器目前采用方案是端面軸向和側(cè)面橫向兩種泵浦方式。端面軸向泵浦是將LD通過光學(xué)耦合系統(tǒng)從端面進入激光棒，泵浦光與激光均沿棒軸向傳輸，其優(yōu)點是泵浦光利用率較高，易于實現(xiàn)激光振蕩和放大，其缺點是耦合要求高，對諧振腔片必須鍍雙色反射膜，當(dāng)泵浦光與激光波長接近時(如摻Y(jié)b3+材料)，能同時滿足泵浦光(如980nm)增透和振蕩光(如1003nm)高反的雙色膜制備目前仍相當(dāng)困難。側(cè)面橫向泵浦與燈泵浦相類似，即泵浦光從棒側(cè)面橫向進入激光棒，激光沿著棒軸向傳輸。其優(yōu)點是耦合簡單，適用于大面積高功率泵浦，其缺點是由于激光棒橫向尺寸小，泵浦光按比爾定律吸收層厚度小，許多泵浦光漏出而不能充分利用，提高摻雜濃度增加對泵浦光的吸收系數(shù)，有利于增加泵浦光利用率，但在許多情況(如Nd3+∶YAG)中并不可能。以上兩種泵浦方式的致命缺點在于不能克服熱效應(yīng)對激光輸出質(zhì)量的嚴重影響。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器。該激光器可以提高LD泵浦的能量轉(zhuǎn)換效率，減輕熱效應(yīng)對輸出激光的影響，以獲得接近衍射極限的全偏振激光輸出。
本實用新型所述的一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器，其特征是，它由諧振腔、Yb∶YAG晶體、KTP倍頻晶體、制冷器和激光二極管相互連接組成，其相互連接關(guān)系為，諧振腔由反射膜片和輸出腔片構(gòu)成，在諧振腔內(nèi)依次放置有板條狀Yb∶YAG晶體和KTP倍頻晶體，在板條狀Yb∶YAG晶體兩側(cè)安裝有制冷器，板條狀Yb∶YAG晶體的兩端面均為斜面，激光二極管的發(fā)射光與板條狀Yb∶YAG晶體的前端面形成的入射角i為 其中，n為板材折射率，nc為板條狀Yb∶YAG晶體冷卻劑的折射率，φ為板條狀Yb∶YAG晶體的頂角。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1.在本實用新型中，激光在工作物質(zhì)內(nèi)不同于過去的沿光軸傳播，而是以波導(dǎo)方式傳播，由于在板條狀Yb∶YAG晶體兩大面進行冷卻，板條狀Yb∶YAG晶體的溫度分布沿中心對稱，激光在彈跳一次后的熱效應(yīng)被抵消，因而可實現(xiàn)接近衍射極限的激光輸出。
2.本實用新型的泵浦方式，泵浦光全部被材料吸收利用，能獲得較高的激光效率。
3.本實用新型由于在激光諧振腔內(nèi)有兩個布儒斯特角，全偏振光有利于相匹配的KTP晶體倍頻，可實現(xiàn)高效倍頻。


圖1是本實用新型的板條狀Yb∶YAG晶體正視光路圖；圖2是本實用新型的板條狀Yb∶YAG晶體加工圖；圖3是本實用新型泵浦光的入射角示意圖；圖4是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進一步地詳細描述。
如圖1所示，設(shè)板厚度為t，板材折射率為n，激光以布儒斯特角iB入射，則iB＝tg-1n，板條的頂角＝90°-iB(1)激光在板內(nèi)反射角(稱為彈跳角)Ψ必須大于臨界角為sin-1(1n)]]>，即 其中，nc為板條狀Yb∶YAG晶體冷卻劑的折射率。設(shè)激光在板內(nèi)反射(稱為彈跳)N次，那么板長為L=t(N+1)ctg(12tg-1n)......(3)]]>板長L必須滿足N為偶數(shù)的要求。為了減小非冷卻側(cè)面熱交換產(chǎn)生的邊界效應(yīng)對激光波面的影響，板條狀Yb∶YAG晶體的寬度選取原則是必須保證兩側(cè)留有不小于板厚的非泵浦區(qū)域。
如圖2所示，為了減少多次彈跳引進光束畸變，對板條狀Yb∶YAG晶體加工有如下的技術(shù)要求對兩大面A、B的技術(shù)要求平面度N≤1，ΔN≤0.2；平等度≤10”；光潔度PIV。對端面C、D的技術(shù)要求平面度N≤1，ΔN≤0.2；平等度≤20”；光潔度PIII。板側(cè)面E、F用320號砂磨毛。尖角上倒棱0.1。
如圖3所示，設(shè)泵浦光以i角入射，其彈跳角必須大于臨界角，所以泵浦光的入射角必須滿足 當(dāng)用空氣冷卻時，對玻璃和晶體最小入射角為3～5°，i取10°已經(jīng)足夠了。
根據(jù)不同泵浦功率，板條兩大面可采用風(fēng)冷、水冷或半導(dǎo)體制冷等方式。
如圖4所示，1是1053-527nm寬帶高反射膜片，2是準直的LD泵浦光束，3是固定于一平臺上、兩大面用半導(dǎo)體制冷器8冷卻的板條狀Yb3+∶YAG晶體，4是1053nm激光振蕩光束，5是通光面鍍1053nm增透膜的KTP倍頻晶體，6是鍍1053nm高反和527nm增透膜的雙色輸出腔片，7是輸出527nm的激光束。以板條對稱中心線為光軸，其中1、2、6均固定在俯仰方位可調(diào)的二維光學(xué)微調(diào)架上，5固定在俯仰方位上下左右并沿光軸可旋轉(zhuǎn)的五維的光學(xué)微調(diào)架上。根據(jù)(1)～(4)式得到如下設(shè)計參數(shù)工作物質(zhì)折射率 n＝1.823板條頂角＝28°45′彈跳角 泵浦光最小入射角imin＝2.5°，取i＝10°取彈跳次數(shù)N＝6，板厚度為1.5mm，則板長L＝17.7mm若有效泵浦寬度為1mm，取板寬為W＝4mm。
計算得到激光閾值泵浦功率為15w/mm2，本實用新型比較適用于輸出高功率激光系統(tǒng)。用輸出功率100W、940nm帶尾纖的LD，經(jīng)準直后，以小于10°的入射角注入到厚度為1.5nm、長度為17.7mm、寬為4mm、頂角為28°45′、摻雜濃度濃度為10at％的Yb3+∶YAG板條中，激光器兩諧振腔片為1053nm的高反射率平面鏡，其中，輸出鏡鍍526nm的增透膜，腔內(nèi)加通光面鍍1053nm增透膜、厚度為5mm的KTP倍頻晶體。這一器件可望輸出10瓦左右的綠光。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器，其特征是，它由諧振腔、Yb∶YAG晶體、KTP倍頻晶體、制冷器和激光二極管相互連接組成，其相互連接關(guān)系為，諧振腔由反射膜片和輸出腔片構(gòu)成，在諧振腔內(nèi)依次放置有板條狀Yb∶YAG晶體和KTP倍頻晶體，在板條狀Yb∶YAG晶體兩側(cè)安裝有制冷器，板條狀Yb∶YAG晶體的兩端面均為斜面，激光二極管的發(fā)射光與板條狀Yb∶YAG晶體的前端面形成的入射角i為 其中，n為板材折射率，nc為板條狀Yb∶YAG晶體冷卻劑的折射率，φ為板條狀Yb∶YAG晶體的頂角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器，其特征是，所述板條狀Yb∶YAG晶體長度應(yīng)滿足激光在板內(nèi)的反射次數(shù)為偶數(shù)的要求，板條狀Yb∶YAG晶體寬度應(yīng)保證兩側(cè)留有不小于板厚的非泵浦區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器，其特征是，所述板條狀Yb∶YAG晶體兩大面的平面度為N≤1，ΔN≤0.2，平等度≤10”，光潔度為PIV；板條狀Yb∶YAG晶體端面的平面度為N≤1，ΔN≤0.2，平等度≤20”，光潔度為PIII。
專利摘要本實用新型是一種激光二極管斜面泵浦的固體板條激光器，它由諧振腔、YbYAG晶體、KTP倍頻晶體和制冷器相互連接組成，其相互連接關(guān)系為，諧振腔由反射膜片和輸出腔片構(gòu)成，在諧振腔內(nèi)依次放置有板條狀YbYAG晶體和KTP倍頻晶體，在板條狀YbYAG晶體兩側(cè)安裝有制冷器，板條狀YbYAG晶體的兩端面均為斜面，激光二極管的發(fā)射光與板條狀YbYAG晶體的前端面形成一入射角。本實用新型可實現(xiàn)接近衍射極限的激光輸出，由于泵浦光全部被材料吸收利用，能獲得較高的激光效率，可實現(xiàn)高效倍頻。
文檔編號H01S3/00GK2598214SQ03223009
公開日2004年1月7日 申請日期2003年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者黃國松, 文尚勝 申請人:華南理工大學(xué)