本實用新型涉及一種激光器，尤其涉及一種具有變截面激光晶體的激光器。

背景技術(shù)：

隨著激光技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，激光器已成為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)探測、現(xiàn)代軍事等領(lǐng)域不可或缺的重要工具。光束質(zhì)量是激光器的一項重要指標，是激光束定向傳輸能力或聚焦焦斑能量集中程度的度量標準，因此在實際應(yīng)用中，具有變截面激光晶體的激光一直是行業(yè)追求的方向。但隨著激光器輸出功率的增加，熱效應(yīng)等因素會逐漸放大，從而影響光束質(zhì)量，因此高功率與高光束質(zhì)量是對立存在的，是激光器研發(fā)制作中必須衡量的一個問題。

目前激光器生產(chǎn)企業(yè)中常規(guī)的做法是通過增加工作物質(zhì)即激光晶體的長度減少熱梯度造成的光束質(zhì)量劣化程度，從而獲得具有高功率與高光束質(zhì)量的激光。但該方法增加了激光器的腔長，制約了激光器向小型化集成化發(fā)展，并提高了激光器的生成成本和周期，增加了調(diào)試難度，降低了企業(yè)經(jīng)濟效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種具有變截面激光晶體的激光器，采用具有軸向變截面的激光晶體,且激光晶體側(cè)面鍍有對泵浦光的全反膜，使泵浦光在激光晶體內(nèi)部經(jīng)過數(shù)次反射后被充分吸收，增強激光晶體的儲能性及泵浦光的轉(zhuǎn)換效率；在激光輸出功率相同的條件下，縮短激光晶體長度，降低摻雜濃度和熱梯度，改善熱透鏡效應(yīng)，提高光束質(zhì)量，獲得具有變截面激光晶體的激光。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種具有變截面激光晶體的激光器，包括沿光路依次設(shè)置的光纖耦合系統(tǒng)、前腔鏡、激光晶體、聲光調(diào)Q裝置和后腔鏡；所述光纖耦合系統(tǒng)由泵浦源、傳輸光纖和聚焦耦合系統(tǒng)組成；激光晶體的兩端大小不等且沿軸向具有均勻過渡的變截面，其中小端一側(cè)置于光路前端；激光晶體外表面均為拋光面，兩端面分別鍍有對于泵浦光和基頻光的增透膜，激光晶體側(cè)表面鍍有對于泵浦光的高反膜。

所述激光晶體的形狀為圓臺、棱臺或梯形體。

所述激光晶體的兩端面平行或具有一個夾角，夾角≤5°。

所述泵浦源為中心波長為808nm、880nm、914nm、938nm、940nm或946nm的泵浦源。

所述激光晶體為Nd:YAG晶體、Nd:YVO4晶體、Nd:GGG晶體、Nd:YLF晶體、Nd:GdVO4晶體、Nd:YAP晶體、Nd:LuvO4晶體或Yb:YAG晶體。

所述前腔鏡、后腔鏡為平透鏡、凹透鏡或凸透鏡。

激光器的腔型為直腔、V型腔、L型腔、Z型腔或環(huán)型腔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

工作物質(zhì)為圓臺狀，側(cè)面有一定的小角度，防止自激出光。

1)激光晶體具有軸向變截面，可防止自激出光；激光晶體側(cè)面的全反膜可以令泵浦光在晶體中多次反射，使泵浦光充分吸收，增強儲能性能，提高泵浦光轉(zhuǎn)換效率；

2)解決了摻雜濃度過低導(dǎo)致泵浦光吸收不充分的問題，在激光輸出功率相同的條件下，降低摻雜濃度和熱梯度，改善熱透鏡效應(yīng)，提高光束質(zhì)量，為獲得具有變截面激光晶體的激光提供了新的途徑；

3)有利于縮短激光晶體的長度，并縮短所需晶體生成時間；壓縮激光諧振腔腔長，減小激光器尺寸；降低機械成本，提高效益，推進固體激光器的小型化集成化進程；

4)增加了激光晶體的傳熱面積，一定程度上降低了控溫難度；激光穩(wěn)定性提高，降低了設(shè)計難度，且安裝調(diào)試簡單，便于工程化推廣。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型所述泵浦光在激光晶體內(nèi)反射路徑示意圖。

圖3是本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.光纖耦合系統(tǒng)2.前腔鏡3.激光晶體4.聲光調(diào)Q裝置5.后腔鏡6.0°HR1064HT532透鏡7.倍頻晶體8.后腔鏡全反鏡9.45°全反鏡10.和頻晶體11.0°HR 1064&532HT355透鏡

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明：

見圖1，是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，本實用新型所述一種具有變截面激光晶體的激 光器，包括沿光路依次設(shè)置的光纖耦合系統(tǒng)1、前腔鏡2、激光晶體3、聲光調(diào)Q裝置4和后腔鏡5；所述光纖耦合系統(tǒng)1由泵浦源、傳輸光纖和聚焦耦合系統(tǒng)組成；激光晶體3的兩端大小不等且沿軸向具有均勻過渡的變截面，其中小端一側(cè)置于光路前端；激光晶體3的外表面均為拋光面，兩端面分別鍍有對于泵浦光和基頻光的增透膜，激光晶體3側(cè)表面鍍有對于泵浦光的高反膜。

所述激光晶體3的形狀為圓臺、棱臺或梯形體。

所述激光晶體3的兩端面平行或具有一個夾角，夾角≤5°。

所述泵浦源為中心波長為808nm、880nm、914nm、938nm、940nm或946nm的泵浦源。

所述激光晶體3為Nd:YAG晶體、Nd:YVO4晶體、Nd:GGG晶體、Nd:YLF晶體、Nd:GdVO4晶體、Nd:YAP晶體、Nd:LuvO4晶體或Yb:YAG晶體。

所述前腔鏡2、后腔鏡5為平透鏡、凹透鏡或凸透鏡。

激光器的腔型為直腔、V型腔、L型腔、Z型腔或環(huán)型腔。

本實用新型采用的激光晶體3不是常規(guī)的圓柱體，而是軸向具有漸變截面的圓臺、棱臺或梯形體，激光晶體3的側(cè)面具有一個小的傾斜角，防止自激出光。激光晶體側(cè)面的全反膜可以令泵浦光在晶體中多次反射，使泵浦光充分吸收，增強儲能性能，提高泵浦光轉(zhuǎn)換效率。(如圖2所示)

本實用新型所述一種具有變截面激光晶體的激光器的工作原理是：泵浦源產(chǎn)生的泵浦光由傳輸光纖射出，經(jīng)過聚焦耦合系統(tǒng)(耦合透鏡)后聚焦在激光晶體3上，激光晶體3受激輻射出光，光通過聲光調(diào)Q裝置4后，由后腔鏡5輸出，前腔鏡2(圖1中為0°全反透鏡)，與后腔鏡5(圖1中為0°全反透鏡)構(gòu)成諧振腔，使激光穩(wěn)定輸出。該激光器結(jié)構(gòu)緊湊，裝校簡單，方便量化生產(chǎn)。

專利申請?zhí)枮?00920153040.4(申請日為2009年5月27日)的中國專利公開了一種“倍頻晶體和光纖泵浦裝置的固體激光器”，包括多個激光二極管，一個圓形凸透鏡以及圓臺形增益介質(zhì)。所述圓臺形增益介質(zhì)的具有較大面積的截面位于圓形凸透鏡一側(cè)(激光入射端)，增益介質(zhì)與圓形凸透鏡以接觸的方式放置。所述圓臺形增益介質(zhì)的具有較大面積的截面上鍍有泵浦光透射且對增益介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的激光反射的光學(xué)薄膜，圓臺表增益介質(zhì)的具有較小面積的截面上鍍有對增益介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的激光半透半反的光學(xué)薄膜，以此來形成諧振腔。

“倍頻晶體和光纖泵浦裝置的固體激光器”專利中雖然采用了圓臺形增益介質(zhì)，但其工作原理及作用及本實用新型所述激光晶體3完全不同，具體區(qū)別如下：

1)本實用新型中，激光晶體3側(cè)面鍍有泵浦光全反膜，令泵浦光在激光晶體3中反射，使泵浦光被充分吸收增加激光晶體3儲能性能，提高泵浦光轉(zhuǎn)換效率；而“倍頻晶體和光纖泵浦裝置的固體激光器”所述圓臺形增益介質(zhì)只在兩端鍍膜。

2)本實用新型中的泵浦光是由激光晶體3小端入射，大端出射；而“倍頻晶體和光纖泵浦裝置的固體激光器”中，激光光源是從圓臺形增益介質(zhì)大端入射。本實用新型從小端入射時，由朗格拉日不變量可知，泵浦光入射到激光晶體3再出射的過程可以由公式表示為：

nuy＝n₁u₁y₁＝n₂u₂y₂；

上式中：

n、n₁、n₂分別表示激光所在介質(zhì)的折射率，即空氣折射率n，激光介質(zhì)折射率n₁，空氣折射率n₂；

u、u₁、u₂分別表示激光在激光晶體入射端、激光晶體內(nèi)和激光晶體出射端光束發(fā)散角；

y、y₁、y₂分別表示激光在激光晶體入射端、激光晶體內(nèi)和激光晶體出射端光束邊緣光到光軸的距離；

假設(shè)所用激光晶體為Nd：YAG，各個折射率分別為n＝1,n₁＝1.81,n₂＝1；本實用新型中y、y₁、y₂，相當于激光晶體3端面高度的一半，則y₂>y₁>y>1；

綜上可知u₂<u，因此本實用新型采用從激光晶體3小端入射的方式，有利于壓縮泵浦光發(fā)散角，進而達到提高光束質(zhì)量，獲得具有變截面激光晶體的激光的實用新型目的。

3)本實用新型中的激光晶體3包括兩端大小不等且沿軸向具有均勻過渡的變截面的所有形狀，如圓臺、棱臺或梯形體。而“倍頻晶體和光纖泵浦裝置的固體激光器”中的圓臺形增益介質(zhì)很明顯形狀只能為圓臺形。

4)本實用新型中采用特殊形狀及表面全鍍膜的激光晶體3的作用是使泵浦光在激光晶體3內(nèi)部經(jīng)過數(shù)次反射后被充分吸收，增強激光晶體3的儲能性及泵浦光的轉(zhuǎn)換效率；在激光輸出功率相同的條件下，縮短激光晶體3長度，降低摻雜濃度和熱梯度，改善熱透鏡效應(yīng)，提高光束質(zhì)量，獲得具有變截面激光晶體的激光；而“倍頻晶體和光纖泵浦裝置的固體激光器”中采用圓臺形增益介質(zhì)的作用是提高泵浦的均勻性，降低增益介質(zhì)的溫度差及由此帶來的各種影響。

以下實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。下述實施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。

【實施例1】

如圖3所示，是基于本實用新型基本結(jié)構(gòu)的一種激光器形式，808nm泵浦光由光纖耦合系統(tǒng)1出射并聚焦在3Nd：YVO4激光晶體3上；激光晶體3受激輻射出1064nm的基頻光，1064nm基頻光通過聲光調(diào)Q裝置4調(diào)制。

本實施例中，前腔鏡2為45°全反鏡9，將直腔變換成折疊腔；再利用0°HR1064HT532透鏡6折疊光路，與后腔鏡全反鏡8構(gòu)成諧振腔，利用倍頻晶體7，將1064nm的基頻光倍頻為532nm的綠光，由0°HR1064HT532透鏡6輸出。

本實施例中，因基頻光光束質(zhì)量高，能量密度高，所以光-光轉(zhuǎn)化效率提高，損耗少，最終得到的532nm激光，其脈寬窄，峰值功率高，光束質(zhì)量好，有利于工業(yè)加工應(yīng)用。

【實施例2】

如圖4所示，本實施便中，在【實施例2】的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在倍頻晶體7前加上和頻晶體9，將0°HR1064HT532透鏡6替換為0°HR1064&532HT355透鏡11，將1064nm的光通過倍頻和頻后得到355nm紫外光。

本實施例得到的紫外光有波長短、易聚焦、能量高、模式好等優(yōu)點，是微細鉆孔，激光刻劃的理想激光光源；該光源在超高密度光驅(qū)，精密材料加工，光印刷等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。