專利名稱：一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置及激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置及激光器。
背景技術(shù)：
一般二極管泵浦固體激光器系統(tǒng)中，激光二極管(LD，Laser Diode)對(duì)激光晶體的泵浦方式主要有兩種端面泵浦結(jié)構(gòu)和側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)。在LD端面泵浦結(jié)構(gòu)中，LD輻射的激光光束通常經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡、光錐棱鏡或傳導(dǎo)光纖等光學(xué)系統(tǒng)整形后，照射在激光晶體的通光端面，在其端面部位產(chǎn)生與激光器諧振腔同軸的增益區(qū)域。圖IA 圖IC描繪了端面泵浦結(jié)構(gòu)中將二極管的激光輻射輸出輸送到激光 晶體的幾種主要結(jié)構(gòu)，其分別通過(guò)一個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng)、一個(gè)傳導(dǎo)光纖或一個(gè)非成像聚焦系統(tǒng)就能完成這種能量輸送。在LD側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)中，LD輻射的激光通常垂直于激光的諧振腔軸，直接照射或者通過(guò)導(dǎo)光元件傳輸后照射于激光晶體的側(cè)表面，在激光晶體內(nèi)產(chǎn)生大面積的增益區(qū)域。圖2A、圖2B描繪了兩種典型的側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)。但是，LD端面泵浦和側(cè)面泵浦在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上的明顯差異，使得兩種泵浦結(jié)構(gòu)具有各自不同的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。LD端面泵浦結(jié)構(gòu)中，LD輻射光束從激光晶體端面入射，大大降低了泵浦光束的耦合損耗，同時(shí)，由于該種泵浦結(jié)構(gòu)在晶體端面產(chǎn)生的增益區(qū)域有限，使得激光晶體可以在較小的泵浦區(qū)域內(nèi)具有很高的光增益，這為激光器的高效率能量提取和高光束質(zhì)量輸出提供了良好條件；但是，相對(duì)較小的增益區(qū)域也帶來(lái)端面畸變嚴(yán)重、輸出功率受限等缺點(diǎn)。因而，LD端面泵浦結(jié)構(gòu)常適用于中小功率的激光器。LD側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)中，LD輻射光束垂直于激光晶體的光軸入射，即與激光器諧振腔軸線垂直，該泵浦方式的優(yōu)點(diǎn)是在晶體內(nèi)可產(chǎn)生大而均勻增益區(qū)域，為高功率的激光產(chǎn)生提供了基礎(chǔ)，常應(yīng)用于高功率激光器中，但缺點(diǎn)是輸出激光的光束質(zhì)量差和能量提取效率低。針對(duì)目前固體激光器泵浦結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種新型的二極管泵浦裝置，該裝置的應(yīng)用可以使固體激光器在產(chǎn)生高功率激光的同時(shí)，滿足高光束質(zhì)量的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置及激光器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中固體激光器在產(chǎn)生高功率激光的同時(shí)不能滿足高光束質(zhì)量要求的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，一方面，本發(fā)明提供一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置，包括兩個(gè)光纖耦合激光二極管LD模塊、兩個(gè)傳導(dǎo)光纖、兩個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)、一個(gè)LD側(cè)面泵浦模塊和一個(gè)激光晶體；其中，一個(gè)所述光纖耦合LD模塊發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)一個(gè)所述傳導(dǎo)光纖和一個(gè)所述光學(xué)聚焦系統(tǒng)后照射在所述激光晶體的一個(gè)端面上；另一個(gè)所述光纖耦合LD模塊發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)另一個(gè)所述傳導(dǎo)光纖和另一個(gè)所述光學(xué)聚焦系統(tǒng)后照射在所述激光晶體的另一個(gè)端面上；所述LD側(cè)面泵浦模塊發(fā)射的激光對(duì)所述激光晶體側(cè)面進(jìn)行泵浦。進(jìn)一步，所述光纖耦合LD模塊內(nèi)部包含一組或多組LD巴條，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)整形后匯聚入傳導(dǎo)光纖的一端，在傳導(dǎo)光纖的另一端輸出；光學(xué)聚焦系統(tǒng)與傳導(dǎo)光纖輸出端連接，使傳導(dǎo)光纖輸出的發(fā)散LD激光匯聚于激光晶體的端面上。進(jìn)一步，所述激光晶體中心部分為摻雜稀土離子的晶體圓棒，其長(zhǎng)度與側(cè)面泵浦模塊的有效泵浦區(qū)域匹配，在所述晶體圓棒兩端分別鍵合同基質(zhì)的未摻雜晶體。進(jìn)一步，LD側(cè)面泵浦模塊包括結(jié)構(gòu)支架及安裝在結(jié)構(gòu)支架上的多個(gè)水平陣列LD 模塊。另一方面，本發(fā)明還提供一種包含有上述的端面與側(cè)面復(fù)合泵浦裝置的激光器，其中，在所述端面與側(cè)面復(fù)合泵浦裝置中加入諧振腔。進(jìn)一步，所述諧振腔包括兩個(gè)45°耦合鏡、一個(gè)激光全反鏡和一個(gè)激光輸出鏡；其中，兩個(gè)45°耦合鏡分別設(shè)置在光學(xué)聚焦系統(tǒng)與激光晶體之間；所述激光全反鏡設(shè)置在一個(gè)45°耦合鏡下方，與該45°耦合鏡成45° ;所述激光輸出鏡設(shè)置在另一個(gè)45°耦合鏡下方，與另一個(gè)45°耦合鏡成45°。進(jìn)一步，所述45°耦合鏡對(duì)二極管波段激光高透。進(jìn)一步，所述45°稱合鏡對(duì)輸出激光高反。進(jìn)一步，所述激光全反鏡對(duì)輸出激光全反。進(jìn)一步，所述激光輸出鏡對(duì)輸出激光波段部分透射。本發(fā)明有益效果如下本發(fā)明裝置能夠既充分利用端面泵浦技術(shù)光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好的特點(diǎn)，同時(shí)又可利用側(cè)面泵浦技術(shù)大模體積、易于實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出的優(yōu)勢(shì)，從而使得采用這一復(fù)合泵浦技術(shù)后，LD泵浦固體激光器可以高效率、高光束質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。


圖IA是現(xiàn)有技術(shù)中LD通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)泵浦激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IB是現(xiàn)有技術(shù)中LD通過(guò)傳導(dǎo)光纖泵浦激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IC是現(xiàn)有技術(shù)中LD通過(guò)非成像聚焦系統(tǒng)泵浦激光晶體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A是現(xiàn)有技術(shù)中LD輻射激光通過(guò)導(dǎo)光元件傳輸后照射于晶體側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B是現(xiàn)有技術(shù)中LD輻射激光直接照射于晶體側(cè)面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中一種包含有端面與側(cè)面復(fù)合泵浦裝置的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例涉及固體激光器技術(shù)特別是二極管泵浦激光技術(shù)中必然涉及到的激光晶體的泵浦方式。二極管泵浦固體激光器技術(shù)是目前最主流的激光技術(shù)，其中重要的環(huán)節(jié)之一就是，激光晶體的泵浦技術(shù)方式，它對(duì)激光的高效、高光束質(zhì)量、高功率、穩(wěn)定輸出起著決定性的作用。區(qū)別于常規(guī)單獨(dú)采用的端面泵浦或側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)，基于提高二極管泵浦固體激光器的輸出功率及光束質(zhì)量，本發(fā)明實(shí)施例涉及一種端面與側(cè)面泵浦相結(jié)合的復(fù)合泵浦結(jié)構(gòu)裝置，它結(jié)合了側(cè)面泵浦和端面泵浦結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在激光晶體內(nèi)不僅產(chǎn)生均勻的大體積增益分布，為腔內(nèi)激光的能量提取提供基本條件，同時(shí)在晶體兩端產(chǎn)生集中的增益區(qū)域，使光束特性較好的激光獲得更多的增益，從而腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光模式的主動(dòng)優(yōu)選，該裝置的運(yùn)用不僅可以解決了 LD側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)下光束質(zhì)量差的缺點(diǎn)，同時(shí)，也解決了 LD端面泵浦結(jié)構(gòu)下功率輸出功率提升受限的缺點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)激光器的高光束質(zhì)量、高功率輸出。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例涉及一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置，該裝置包括兩個(gè)光纖耦合激光二極管LD模塊I、兩個(gè)傳導(dǎo)光纖2、兩個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)3、一個(gè)LD側(cè)面泵浦模塊4和一支激光晶體5 ;其中，一個(gè)光纖耦合LD模塊I發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)一個(gè)傳導(dǎo)光纖2和一個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)3后照射在激光晶體5的一個(gè)端面上；另一個(gè)光纖耦合LD模塊I發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)另一個(gè)傳導(dǎo)光纖2和另一個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)3后照射在激光晶體5的另一個(gè)端面上；LD側(cè)面泵浦模塊4發(fā)射的激光對(duì)激光晶體5側(cè)面進(jìn)行泵浦。
光纖耦合LD模塊I內(nèi)部包含一組或多組LD巴條，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)整形后匯聚入傳導(dǎo)光纖2的一端，然后在傳導(dǎo)光纖2的另一端輸出；光學(xué)聚焦系統(tǒng)3與傳導(dǎo)光纖2輸出端連接，使傳導(dǎo)光纖2輸出的發(fā)散LD激光匯聚于激光晶體5的端面上。激光晶體5由三部分組成，中心部分為摻雜稀土離子的晶體圓棒，其長(zhǎng)度與側(cè)面泵浦模塊的有效泵浦區(qū)域匹配，在其兩端分別鍵合同基質(zhì)的未摻雜晶體。LD側(cè)面泵浦模塊4主要由結(jié)構(gòu)支架及安裝在結(jié)構(gòu)支架上的多個(gè)水平陣列LD模塊，可從多個(gè)維度對(duì)激光晶體5側(cè)面進(jìn)行泵浦，在晶體內(nèi)大體積的均勻增益分布。包含有上述激光二極管(LD)端面與側(cè)面復(fù)合泵浦裝置的激光器結(jié)構(gòu)如圖4所示，在圖3所示裝置基礎(chǔ)上，通過(guò)加入由兩個(gè)45°耦合鏡6、一個(gè)激光全反鏡7和一個(gè)激光輸出鏡8組成的諧振腔，就構(gòu)成了一個(gè)基本的激光器。其中，兩個(gè)45°耦合鏡6分別設(shè)置在光學(xué)聚焦系統(tǒng)3與激光晶體5之間，一個(gè)激光全反鏡7設(shè)置在一個(gè)45°耦合鏡6下方，與該45°耦合鏡6成45° 個(gè)激光輸出鏡8設(shè)置在另一個(gè)45°耦合鏡6下方，與另一個(gè)45°
率禹合鏡6成45 °。其中45°耦合鏡6對(duì)二極管波段激光高透(透射率>99%)，對(duì)輸出激光高反(反射率> 99%);激光全反鏡7對(duì)輸出激光全反，激光輸出鏡8對(duì)輸出激光波段部分透射(輸出激光透射率大于等于50%、且小于等于98%)。激光器在工作狀態(tài)下，復(fù)合泵浦裝置中的LD側(cè)面泵浦模塊4泵浦激光晶體5中間的摻雜部分，在晶體內(nèi)部產(chǎn)生大體積的增益區(qū)域，為高功率激光的輸出提供基礎(chǔ)；而光纖耦合LD模塊I通過(guò)傳導(dǎo)光纖2和光學(xué)聚焦系統(tǒng)3后照射在激光晶體5的通光端面上，在激光晶體5內(nèi)產(chǎn)生的小體積高增益區(qū)域，使低階模激光在諧振腔內(nèi)振蕩過(guò)程中優(yōu)先獲得放大，同時(shí)又抑制了高階模式激光的產(chǎn)生，最終實(shí)現(xiàn)高功率高光束質(zhì)量的激光輸出。由上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明裝置能夠既充分利用端面泵浦技術(shù)光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好的特點(diǎn)，同時(shí)又可利用側(cè)面泵浦技術(shù)大模體積、易于實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出的優(yōu)勢(shì)，從而使得采用這一復(fù)合泵浦技術(shù)后，LD泵浦固體激光器可以高效率、高光束質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。
盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到各種改進(jìn)、增加和取代也是可能的，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)不限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置，其特征在于，包括兩個(gè)光纖耦合激光二極管LD模塊、兩個(gè)傳導(dǎo)光纖、兩個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)、ー個(gè)LD側(cè)面泵浦模塊和ー個(gè)激光晶體；其中，一個(gè)所述光纖耦合LD模塊發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)ー個(gè)所述傳導(dǎo)光纖和ー個(gè)所述光學(xué)聚焦系統(tǒng)后照射在所述激光晶體的一個(gè)端面上；另一個(gè)所述光纖耦合LD模塊發(fā)射的激光經(jīng)過(guò)另ー個(gè)所述傳導(dǎo)光纖和另一個(gè)所述光學(xué)聚焦系統(tǒng)后照射在所述激光晶體的另ー個(gè)端面上；所述LD側(cè)面泵浦模塊發(fā)射的激光對(duì)所述激光晶體側(cè)面進(jìn)行泵浦。
2.如權(quán)利要求I所述的端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置，其特征在于，所述光纖耦合LD模塊內(nèi)部包含ー組或多組LD巴條，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)整形后匯聚入傳導(dǎo)光纖的一端，在傳導(dǎo)光纖的另一端輸出；光學(xué)聚焦系統(tǒng)與傳導(dǎo)光纖輸出端連接，使傳導(dǎo)光纖輸出的發(fā)散LD激光匯聚于激光晶體的端面上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置，其特征在于，所述激光晶體中心部分為摻雜稀土離子的晶體圓棒，其長(zhǎng)度與側(cè)面泵浦模塊的有效泵浦區(qū)域匹配，在所述晶體圓棒兩端分別鍵合同基質(zhì)的未摻雜晶體。
4.如權(quán)利要求3所述的端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置，其特征在干，LD側(cè)面泵浦模塊包括結(jié)構(gòu)支架及安裝在結(jié)構(gòu)支架上的多個(gè)水平陣列LD模塊。
5.ー種包含有權(quán)利要求f 4任一項(xiàng)所述的端面與側(cè)面復(fù)合泵浦裝置的激光器，其特征在于，在所述端面與側(cè)面復(fù)合泵浦裝置中加入諧振腔。
6.如權(quán)利要求5所述的激光器，其特征在于，所述諧振腔包括兩個(gè)45°耦合鏡、ー個(gè)激光全反鏡和ー個(gè)激光輸出鏡；其中，兩個(gè)45°耦合鏡分別設(shè)置在光學(xué)聚焦系統(tǒng)與激光晶體之間；所述激光全反鏡設(shè)置在ー個(gè)45°耦合鏡下方，與該45°耦合鏡成45° ;所述激光輸出鏡設(shè)置在另ー個(gè)45°耦合鏡下方，與另ー個(gè)45°耦合鏡成45°。
7.如權(quán)利要求6所述的激光器，其特征在于，所述45°耦合鏡對(duì)ニ極管波段激光高透。
8.如權(quán)利要求7所述的激光器，其特征在于，所述45°耦合鏡對(duì)輸出激光高反。
9.如權(quán)利要求8所述的激光器，其特征在于，所述激光全反鏡對(duì)輸出激光全反。
10.如權(quán)利要求9所述的激光器，其特征在于，所述激光輸出鏡對(duì)輸出激光波段部分透射。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種端面與側(cè)面復(fù)合泵浦的裝置及激光器，裝置包括兩個(gè)光纖耦合激光二極管LD模塊、兩個(gè)傳導(dǎo)光纖、兩個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)、一個(gè)LD側(cè)面泵浦模塊和一個(gè)激光晶體；其中，兩個(gè)所述光纖耦合LD模塊發(fā)射的激光分別經(jīng)過(guò)所述傳導(dǎo)光纖和所述光學(xué)聚焦系統(tǒng)后分別照射在所述激光晶體的兩個(gè)端面上；所述LD側(cè)面泵浦模塊發(fā)射的激光對(duì)所述激光晶體側(cè)面進(jìn)行泵浦。本發(fā)明裝置能夠既充分利用端面泵浦技術(shù)光轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好的特點(diǎn)，同時(shí)又可利用側(cè)面泵浦技術(shù)大模體積、易于實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出的優(yōu)勢(shì)，從而使得采用這一復(fù)合泵浦技術(shù)后，LD泵浦固體激光器可以高效率、高光束質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK102856785SQ20121032732
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者韓隆, 魏磊, 王克強(qiáng), 王建軍, 苑利鋼, 吳軍勇, 何利杰 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十一研究所