專利名稱：一種可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光器，特別涉及一種可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器。
背景技術(shù)：
圓環(huán)狀激光為一種非基模的，空間 分布呈現(xiàn)軸向?qū)ΨQ且中心光強弱、邊緣光強強的激光。圓環(huán)狀激光在焦點附近功率密度的分布基本均勻，可以采用較大尺度的飛行光學(xué)加工系統(tǒng)，配以五軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)可進行較大范圍的三維激光切割和焊接等。近年來固體激光器由于其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，尤其在激光切割、刻蝕和焊接以及微電子加工等工業(yè)領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用。然而，目前獲得圓環(huán)狀激光的方法主要是基于CO2激光器。為了獲得軸向?qū)ΨQ分布的圓環(huán)狀激光，通常要在CO2激光器的諧振腔內(nèi)插入軸向?qū)ΨQ的光學(xué)元件，例如圓錐形的后腔鏡或者圓錐形的布儒斯特窗口。但是，這種方法會引入諸如效率下降和偏振選擇性惡化等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器，該激光器具有輸出圓環(huán)狀激光，結(jié)構(gòu)簡單，實用性強的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器，包括兩個泵浦源1，每個泵浦源I所發(fā)出的泵浦光6均通過一個耦合系統(tǒng)3進行整形后再分別輸入至激光增益介質(zhì)5的兩端，激光7從激光增益介質(zhì)5的一端射入，另一端射出，激光7的射入端設(shè)置后腔鏡8，后腔鏡8上鍍有對激光高反射的薄膜，在激光7的射出端設(shè)置輸出鏡9，輸出鏡9上鍍有對激光具有一定透過率的薄膜。所述泵浦源I為光纖耦合半導(dǎo)體激光器或者準(zhǔn)直輸出半導(dǎo)體激光器，泵浦方式為端面泵浦或者側(cè)面泵浦。還包括斜置在泵浦光6和激光7光路上的雙色鏡4，雙色鏡4對泵浦光6高透射，對激光7高反射，所述泵浦光6經(jīng)耦合系統(tǒng)3整形后，再經(jīng)雙色鏡4透射然后輸入到激光增益介質(zhì)5，激光7經(jīng)雙色鏡4反射后輸入到激光增益介質(zhì)5。所述耦合系統(tǒng)3對泵浦源I發(fā)出的泵浦光6進行整形使泵浦光6在空間上具有均勻的發(fā)散角和軸對稱的光斑分布。所述泵浦源I的發(fā)射譜與所述激光增益介質(zhì)5的吸收譜匹配。所述激光增益介質(zhì)5由至少一塊摻雜激光晶體組成，所述激光晶體包含一個或多個摻雜區(qū)域。所述激光增益介質(zhì)5為Nd:YV04晶體。所述泵浦光6和激光7在激光增益介質(zhì)5的入射面為長方形。該固體激光振蕩器的腔型為直腔、折疊腔或者環(huán)形腔，或者在激光晶體的表面直接鍍膜作為諧振腔的腔鏡。在激光7的射出端設(shè)置周期性損耗調(diào)制器件10，射出光通過周期性損耗調(diào)制器件10獲得脈沖激光輸出后再入射至輸出鏡9，所述周期性損耗調(diào)制器件10為主動和被動調(diào)Q
>J-U ρ α裝直。本發(fā)明提出的固體激光器，泵浦光和激光在激光增益介質(zhì)中的空間分布可以通過耦合系統(tǒng)和腔鏡來分別控制，在滿足泵浦光束腰大于激光基模束腰的條件下，無需加入額外的光學(xué)元件，就可以獲得圓環(huán)狀分布的激光輸出。


圖I是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是針對實施例，表面泵浦光與激光在激光增益介質(zhì)里面分布的示意圖。圖3是本發(fā)明中間鍵合后摻雜區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3中B — B剖面的矩形橫截面示意圖。圖5是圖3中B — B剖面的圓形橫截面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。圖I為本發(fā)明提供的可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器的一個實施例。泵浦源I輸出的泵浦光6通過尾纖2傳導(dǎo)至耦合系統(tǒng)3，雙色鏡4對泵浦光6高透射，對激光7高反射，泵浦光6通過耦合系統(tǒng)3整形，耦合系統(tǒng)3由幾片透鏡組合而成的，能將泵浦光6整形成在空間上具有均勻的發(fā)散角和軸對稱的光斑分布，整形后的泵浦光6經(jīng)雙色鏡4注入激光增益介質(zhì)5內(nèi)，激光增益介質(zhì)5的中心為束腰部分。激光振蕩器的諧振腔由后腔鏡8和輸出鏡9及雙色鏡4構(gòu)成，腔內(nèi)的脈沖調(diào)制器件10用來周期性改變腔內(nèi)損耗，產(chǎn)生脈沖輸出。振蕩器的激光增益介質(zhì)5為Nd:YV04晶體，其受吸收系數(shù)大，激發(fā)受激射截面大，激光上能級壽命小，因此可以有較大的增益，易于高重復(fù)頻率運轉(zhuǎn)，同時其為雙折射晶體，可以得到偏振輸出。針對該實施例，圖2表示泵浦光與基模激光在激光增益介質(zhì)里面分布的示意圖。泵浦光6的束腰大于激光7的基模束腰，導(dǎo)致在半徑大于激光7基模束腰的區(qū)域有大量反轉(zhuǎn)粒子束無法被激光提取，振蕩出非基模的激光。同時，光纖I禹合輸出的泵浦光6本身就是軸向?qū)ΨQ分布的，振蕩輸出的激光7也呈現(xiàn)出軸向?qū)ΨQ分布。從而，可以獲得非基模的，軸向?qū)ΨQ的且中心強、邊緣強的激光輸出。上述實施例中，激光增益介質(zhì)5由固體激光材料構(gòu)成，其橫截面采用長方形或者正方形，腔內(nèi)激光7的束腰位于激光增益介質(zhì)5的中心。激光增益介質(zhì)5由至少一塊摻雜激光晶體組成，激光晶體可以包含一個或多個摻雜區(qū)域，如圖3所示，在激光增益介質(zhì)5的中心部分包括一個摻雜區(qū)域17，四周為未摻雜材料。摻雜區(qū)域17的橫截面可以是矩形(如圖4所示)，或者圓形(如圖5所示)，還可以是其它形狀。其中激光振蕩器的激光增益介質(zhì)5還可以是光纖。本發(fā)明腔內(nèi)激光7的束腰位于激光增益介質(zhì)5的中心，并且束腰的光斑大小受到后腔鏡8和輸出鏡9到激光增益介質(zhì)5的距離影響，因而通過調(diào)節(jié)后腔鏡8和輸出鏡9，就可以實現(xiàn)腔內(nèi)激光束腰的大小調(diào)節(jié)。利用本發(fā)明獲得呈圓環(huán)狀分布的激光輸出的兩種途徑通過調(diào)整所述耦合系統(tǒng)3控制泵浦光6來調(diào)整激光增益介質(zhì)5中的束腰大小和束腰位置，使所述激光增益介質(zhì)5中所述泵浦光6的束腰大于激光7的基模束腰，以獲得一種呈圓環(huán)狀分布的激光輸出。通過調(diào)整所述腔鏡，可以控制所述激光7在所述激光增益介質(zhì)5中的基模束腰大小和基模束腰位置，使所述激光增益介質(zhì)5中所述激光7的基模束腰小于所述泵浦光6的束腰，以獲得一種呈圓環(huán)狀分布的激光輸出。上述實施例中激光振蕩器可采用各種腔型的激光器，如直腔、折疊腔、環(huán)形腔等， 可采用半導(dǎo)體激光器、閃光燈等各種泵浦源和各種泵浦方式。這里選用直腔和半導(dǎo)體激光器端面泵浦方式只是作為本發(fā)明的一個方便說明的實施例。
權(quán)利要求
1.一種可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器，其特征在于，包括兩個泵浦源(O,每個泵浦源(I)所發(fā)出的泵浦光(6 )均通過一個耦合系統(tǒng)(3 )進行整形后再分別輸入至激光增益介質(zhì)(5)的兩端，激光(7)從激光增益介質(zhì)(5)的一端射入，另一端射出，激光(7 )的射入端設(shè)置后腔鏡(8 )，后腔鏡(8 )上鍍有對激光高反射的薄膜，在激光(7 )的射出端設(shè)置輸出鏡(9)，輸出鏡(9)上鍍有對激光具有一定透過率的薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，所述泵浦源(I)為光纖耦合半導(dǎo)體激光器或者準(zhǔn)直輸出半導(dǎo)體激光器，泵浦方式為端面泵浦或者側(cè)面泵浦。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，還包括斜置在泵浦光(6)和激光(7 )光路上的雙色鏡(4 )，雙色鏡(4 )對泵浦光(6 )高透射，對激光(7 )高反射，所述泵浦光(6 )經(jīng)耦合系統(tǒng)(3 )整形后，再經(jīng)雙色鏡(4 )透射然后輸入到激光增益介質(zhì)(5 )，激光(7 )經(jīng)雙色鏡(4)反射后輸入到激光增益介質(zhì)(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的固體激光振蕩器，其特征在于，所述耦合系統(tǒng)(3)對泵浦源(I)發(fā)出的泵浦光(6)進行整形使泵浦光(6)在空間上具有均勻的發(fā)散角和軸對稱的光斑分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，所述泵浦源(I)的發(fā)射譜與所述激光增益介質(zhì)(5)的吸收譜匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，所述激光增益介質(zhì)(5)由至少一塊摻雜激光晶體組成，所述激光晶體包含一個或多個摻雜區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，所述激光增益介質(zhì)(5)為NdiYVO4 晶體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，所述泵浦光(6)和激光(7)在激光增益介質(zhì)(5)的入射面為長方形。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，該固體激光振蕩器的腔型為直腔、折疊腔或者環(huán)形腔，或者在激光晶體的表面直接鍍膜作為諧振腔的腔鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體激光振蕩器，其特征在于，在激光(7)的射出端設(shè)置周期性損耗調(diào)制器件(10)，射出光通過周期性損耗調(diào)制器件(10)獲得脈沖激光輸出后再入射至輸出鏡(9)，所述周期性損耗調(diào)制器件(10)為主動和被動調(diào)Q裝置。
全文摘要
一種可以輸出圓環(huán)狀激光分布的固體激光振蕩器，包括兩個泵浦源，每個泵浦源所發(fā)出的泵浦光均通過一個耦合系統(tǒng)進行整形后再分別輸入至激光增益介質(zhì)的兩端，激光從激光增益介質(zhì)的一端射入，另一端射出，激光的射入端設(shè)置后腔鏡，后腔鏡上鍍有對激光高反射的薄膜，在激光的射出端設(shè)置輸出鏡，輸出鏡上鍍有對激光具有一定透過率的薄膜，本發(fā)明固體激光器泵浦光和激光在激光增益介質(zhì)中的空間分布可以通過耦合系統(tǒng)和腔鏡來分別控制，在滿足泵浦光束腰大于激光基模束腰的條件下，無需加入額外的光學(xué)元件，就可以獲得圓環(huán)狀分布的激光輸出。
文檔編號H01S3/10GK102891431SQ201210351930
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者鞏馬理, 柳強, 黃磊, 陳海龍, 閆興鵬 申請人:清華大學(xué)