專利名稱：擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器諧振腔；具體說是采用擴散鍵合技術制作的高穩(wěn)定性Nd:YAG/Cr4+:YAG/YAG一體化固體激光器諧振腔。
背景技術：
以高重復頻率Q開關方式工作的固體激光器諧振腔主要包括光學諧振腔、腔內(nèi)激光工作物質(zhì)和Q開關等。Cr4+:YAG晶體因具有物化性能穩(wěn)定、抗激光破壞閾值高、無需外圍驅(qū)動電源等優(yōu)點，被廣泛作為被動Q開關使用。但由于Cr4+:YAG晶體存在激發(fā)態(tài)吸收，在激光器工作過程中，Cr4+:YAG晶體會吸收部分腔內(nèi)振蕩的激光能量而發(fā)熱，這不僅會導致激光器整體效率的下降，更為重要的是，在激光器以高重復頻率、高峰值功率工作時，由于通常為薄片狀的Cr4+:YAG晶體側(cè)表面散熱困難，溫度會不斷上升，最終導致激光器無法正常工作。即使采用特殊散熱結構，如風冷或在安裝Cr4+:YAG晶體的機械夾具中設置通水冷卻等，也不能很好解決。因此，分立的被動Q開關只適用于低重復頻率或小能量方式工作的固體激光器。同時，由分立光學元器件組成的激光器諧振腔通光面較多，損耗大，而且容易造成污染，特別是在高峰值功率條件下工作時，容易造成通光面損傷，降低激光器的可靠性。另外，由分立光學元器件組成的激光器諧振腔容易受到環(huán)境溫度變化或機械振動的影響，造成諧振腔失調(diào)?？傊す馄髦C振腔設計理論日趨完善，技術手段不斷成熟，但作為實現(xiàn)高功率、高效率和高穩(wěn)定性固體激光器，發(fā)展新型激光技術及工藝，仍是固體激光技術面臨的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將作為被動Q開關的Cr4+:YAG晶體與Nd:YAG工作物質(zhì)和未摻雜的、加工成角錐棱鏡的YAG晶體經(jīng)過擴散鍵合為一體的擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔。
本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，包括激光工作物質(zhì)Nd:YAG晶體，Q開關Cr4+:YAG晶體，其中在Cr4+:YAG晶體兩端分別通過擴散鍵合，把Nd:YAG晶體和角錐棱鏡的YAG晶體連接為一體；Nd:YAG晶體的外端面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面；并在Nd:YAG晶體的外端面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光；或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。
本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，其中還包括在Nd:YAG晶體的外端面前加裝光學玻璃材料制成的輸出鏡，該輸出鏡的表面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面；且在Nd:YAG晶體外端面鍍寬帶增透膜；并在輸出鏡與Nd:YAG晶體的外端面相向的表面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光；或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。
本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，其中還包括將YAG晶體的角錐棱鏡分立安裝，在Cr4+:YAG晶體分離的這一端擴散鍵合YAG晶體；YAG晶體的外端面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面；角錐棱鏡的外端面為平面，且YAG晶體的外端面和角錐棱鏡的外端面上均鍍寬帶增透膜。
本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，將具有被動Q開關功能的Cr4+:YAG晶體與具有不同功能的、同基質(zhì)材料的Nd:YAG晶體和YAG晶體擴散鍵合為一體。這種一體化結構可使作為被動Q開關的Cr4+:YAG晶體與Nd:YAG晶體一同浸泡在冷卻水中，通過水流將熱量傳遞出去，大幅提高了有效散熱面積和散熱能力，克服了采用分立元件的激光器諧振腔中，Cr4+:YAG晶體只能通過與側(cè)表面接觸的金屬夾具傳導散熱而導致的散熱能力不足的問題；且Cr4+:YAG晶體工作時產(chǎn)生的熱量還可通過鍵合面?zhèn)鲗е罽AG晶體，進一步提高了散熱能力。同時，多個光學元器件鍵合為一體，減少了通光面數(shù)量，提高了激光器的整體效率和抗損傷能力。另外，由于諧振腔的全反射鏡采用入射光線和出射光線保持平行的角錐棱鏡，因而全反射鏡的抗失調(diào)能力大為提高?？傊?，采用擴散鍵合技術制作的Nd:YAG/Cr4+:YAG/YAG一體化固體激光器諧振腔使激光器的性能更加穩(wěn)定可靠，且更適合在高重復頻率、高峰值功率條件下工作。


圖1為本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔實施例結構原理示意圖；圖2為本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔第2實施例結構原理示意圖；圖3為本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔第3實施例結構原理示意圖；圖4為本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔第4實施例結構原理示意圖。
具體實施例方式
由圖1可見，本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，在Q開關的Cr4+:YAG晶體2兩端分別通過擴散鍵合，把激光工作物質(zhì)的Nd:YAG晶體1和角錐棱鏡的YAG晶體3連接為一體；Nd:YAG晶體1的外端面為平面，作諧振腔的輸出鏡。并在Nd:YAG晶體1的外端面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光；或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。角錐錐棱鏡3為全反射鏡。
圖2為本發(fā)明擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔第2實施例結構原理示意圖；在激光工作物質(zhì)的Nd:YAG晶體1的外端面前加裝光學玻璃材料制成的輸出鏡4，該輸出鏡4的表面為平面；且在Nd:YAG晶體1外端平面上鍍寬帶增透膜，并在輸出鏡4與Nd:YAG晶體1的外端面相向的表面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光。同樣或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。
圖3與圖4為另外兩種實施例，它是將角錐棱鏡的YAG晶體3與調(diào)Q開關的Cr4+:YAG晶體2分離開，同時在Cr4+:YAG晶體2的這一端面上擴散鍵合與角錐棱鏡的YAG晶體3具有相同材料的YAG晶體5，該晶體5外端面和角錐棱鏡的YAG晶體3外端面為平面，并鍍寬帶增透膜，角錐棱鏡的YAG晶體3作全反射鏡，分開安裝。激光工作物質(zhì)的Nd:YAG晶體1的外端面為輸出鏡，鍍不同的介質(zhì)膜，同樣可以輸出波長為1064nm或946nm的激光束。也可如第2實施例一樣，在激光工作物質(zhì)的Nd:YAG晶體1的外端面前加裝光學玻璃材料制成的輸出鏡4，該輸出鏡4的表面為平面；激光工作物質(zhì)的Nd:YAG晶體1的外端面鍍寬帶增透膜，且在輸出鏡4的表面上鍍不同的介質(zhì)膜，同樣可以輸出波長為1064nm或946nm的激光束。
權利要求
1.一種擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，包括激光工作物質(zhì)Nd:YAG晶體，Q開關Cr4+:YAG晶體，其特征是在所述的Cr4+:YAG晶體兩端分別通過擴散鍵合，把Nd:YAG晶體和角錐棱鏡的YAG晶體連接為一體；所述Nd:YAG晶體的外端面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面，并在所述Nd:YAG晶體的外端面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光；或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。
2.根據(jù)權利要求1所述的擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，其特征是還包括在所述Nd:YAG晶體的外端面前加裝光學玻璃材料制成的輸出鏡，該輸出鏡的表面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面；且在所述Nd:YAG晶體外端面鍍寬帶增透膜；并在所述輸出鏡與所述Nd:YAG晶體的外端面相向的表面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光；或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。
3.根據(jù)權利要求1所述的擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，其特征是還包括將所述YAG晶體的角錐棱鏡分立安裝，在所述Cr4+:YAG晶體分離的這一端擴散鍵合YAG晶體；所述YAG晶體的外端面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面；所述的角錐棱鏡的外端面為平面，且所述YAG晶體的外端面和所述角錐棱鏡的外端面上均鍍寬帶增透膜。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，其特征是還包括在所述Nd:YAG晶體的外端面前加裝光學玻璃材料制成的輸出鏡，該輸出鏡的表面為平面，或半徑為0.1m～10m的凹面，或半徑為0.1m～10m的凸面；且在所述Nd:YAG晶體外端面鍍寬帶增透膜；并在所述輸出鏡與所述Nd:YAG晶體的外端面相向的表面上鍍對1064nm波長透射率為5％～90％的介質(zhì)膜，輸出波長為1064nm的激光；或在該外端面上鍍對1064nm波長透射率為98％～100％和對946nm波長透射率為5％～85％的介質(zhì)膜，輸出波長為946nm的激光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種擴散鍵合的高穩(wěn)定性一體化固體激光器諧振腔，包括激光工作物質(zhì)Nd:YAG晶體，Q開關Cr
文檔編號H01S3/08GK1725581SQ20041007060
公開日2006年1月25日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權日2004年7月22日
發(fā)明者趙鴻, 周壽桓, 李松山, 姜東升, 王建軍, 趙書云, 張大勇, 朱辰, 趙偉 申請人:趙鴻, 周壽桓