一種高功率高光束質(zhì)量的激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，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(guò)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(duì)于泵浦光和基頻光的增透膜，激光晶體側(cè)表面鍍有對(duì)于泵浦光的高反膜。本發(fā)明可使泵浦光在激光晶體內(nèi)部經(jīng)過(guò)數(shù)次反射后被充分吸收，增強(qiáng)激光晶體的儲(chǔ)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(zhǎng)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，獲得高功率高光束質(zhì)量的激光。
【專利說(shuō)明】
一種高功率高光束質(zhì)量的激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種激光器，尤其涉及一種高功率高光束質(zhì)量的激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]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(cè)、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(xiàng)重要指標(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中，高功率高光束質(zhì)量的激光一直是行業(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(huì)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(duì)立存在的，是激光器研發(fā)制作中必須衡量的一個(gè)問(wèn)題。
[0003]目前激光器生產(chǎn)企業(yè)中常規(guī)的做法是通過(guò)增加工作物質(zhì)即激光晶體的長(zhǎng)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(zhǎng)，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(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，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(duì)栗浦光的全反膜，使栗浦光在激光晶體內(nèi)部經(jīng)過(guò)數(shù)次反射后被充分吸收，增強(qiáng)激光晶體的儲(chǔ)能性及栗浦光的轉(zhuǎn)換效率;在激光輸出功率相同的條件下，縮短激光晶體長(zhǎng)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，獲得高功率高光束質(zhì)量的激光。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種高功率高光束質(zhì)量的激光器，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)由栗浦源、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(guò)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(duì)于栗浦光和基頻光的增透膜，激光晶體側(cè)表面鍍有對(duì)于栗浦光的高反膜。
[0007]所述激光晶體的形狀為圓臺(tái)、棱臺(tái)或梯形體。
[0008]所述激光晶體的兩端面平行或具有一個(gè)夾角，夾角<5°。
[0009]所述栗浦源為中心波長(zhǎng)為808nm、880nm、914nm、938nm、940nm或946nm的栗浦源。
[0010]所述激光晶體為Nd: YAG晶體、Nd: YV04晶體、Nd: GGG晶體、Nd: YLF晶體、Nd: GdV04晶體、Nd: YAP晶體、Nd: Luv04晶體或Yb: YAG晶體。
[0011 ]所述前腔鏡、后腔鏡為平透鏡、凹透鏡或凸透鏡。
[0012]激光器的腔型為直腔、V型腔、L型腔、Z型腔或環(huán)型腔。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]工作物質(zhì)為圓臺(tái)狀，側(cè)面有一定的小角度，防止自激出光。
[0015]I)激光晶體具有軸向變截面，可防止自激出光;激光晶體側(cè)面的全反膜可以令栗浦光在晶體中多次反射，使栗浦光充分吸收，增強(qiáng)儲(chǔ)能性能，提高栗浦光轉(zhuǎn)換效率；
[0016]2)解決了摻雜濃度過(guò)低導(dǎo)致栗浦光吸收不充分的問(wèn)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，為獲得高功率高光束質(zhì)量的激光提供了新的途徑；
[0017]3)有利于縮短激光晶體的長(zhǎng)度，并縮短所需晶體生成時(shí)間;壓縮激光諧振腔腔長(zhǎng)，減小激光器尺寸;降低機(jī)械成本，提高效益，推進(jìn)固體激光器的小型化集成化進(jìn)程；
[0018]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(jì)難度，且安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，便于工程化推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明所述栗浦光在激光晶體內(nèi)反射路徑示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]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° HR1064&532HT355透鏡
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0025]見(jiàn)圖1，是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明所述一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，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)I由栗浦源、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(guò)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(duì)于栗浦光和基頻光的增透膜，激光晶體3側(cè)表面鍍有對(duì)于栗浦光的高反膜。
[0026]所述激光晶體3的形狀為圓臺(tái)、棱臺(tái)或梯形體。
[0027]所述激光晶體3的兩端面平行或具有一個(gè)夾角，夾角<5°。
[0028]所述栗浦源為中心波長(zhǎng)為808nm、880nm、914nm、938nm、940nm或946nm的栗浦源。
[0029 ] 所述激光晶體3為Nd: YAG晶體、Nd: YV04晶體、Nd: GGG晶體、Nd: YLF晶體、Nd: GdV04晶體、Nd: YAP晶體、Nd: Luv04晶體或Yb: YAG晶體。
[0030]所述前腔鏡2、后腔鏡5為平透鏡、凹透鏡或凸透鏡。
[0031]激光器的腔型為直腔、V型腔、L型腔、Z型腔或環(huán)型腔。
[0032]本發(fā)明采用的激光晶體3不是常規(guī)的圓柱體，而是軸向具有漸變截面的圓臺(tái)、棱臺(tái)或梯形體，激光晶體3的側(cè)面具有一個(gè)小的傾斜角，防止自激出光。激光晶體側(cè)面的全反膜可以令栗浦光在晶體中多次反射，使栗浦光充分吸收，增強(qiáng)儲(chǔ)能性能，提高栗浦光轉(zhuǎn)換效率。(如圖2所示)
[0033]本發(fā)明所述一種高功率高光束質(zhì)量的激光器的工作原理是:栗浦源產(chǎn)生的栗浦光由傳輸光纖射出，經(jīng)過(guò)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(guò)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(jiǎn)單，方便量化生產(chǎn)。
[0034]專利申請(qǐng)?zhí)枮?00920153040.4(申請(qǐng)日為2009年5月27日)的中國(guó)專利公開(kāi)了一種“倍頻晶體和光纖栗浦裝置的固體激光器”，包括多個(gè)激光二極管，一個(gè)圓形凸透鏡以及圓臺(tái)形增益介質(zhì)。所述圓臺(tái)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(tái)形增益介質(zhì)的具有較大面積的截面上鍍有栗浦光透射且對(duì)增益介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的激光反射的光學(xué)薄膜，圓臺(tái)表增益介質(zhì)的具有較小面積的截面上鍍有對(duì)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(lái)形成諧振腔。
[0035]“倍頻晶體和光纖栗浦裝置的固體激光器”專利中雖然采用了圓臺(tái)形增益介質(zhì)，但其工作原理及作用及本發(fā)明所述激光晶體3完全不同，具體區(qū)別如下:
[0036]I)本發(fā)明中，激光晶體3側(cè)面鍍有栗浦光全反膜，令栗浦光在激光晶體3中反射，使栗浦光被充分吸收增加激光晶體3儲(chǔ)能性能，提高栗浦光轉(zhuǎn)換效率;而“倍頻晶體和光纖栗浦裝置的固體激光器”所述圓臺(tái)形增益介質(zhì)只在兩端鍍膜。
[0037]2)本發(fā)明中的栗浦光是由激光晶體3小端入射，大端出射;而“倍頻晶體和光纖栗浦裝置的固體激光器”中，激光光源是從圓臺(tái)形增益介質(zhì)大端入射。本發(fā)明從小端入射時(shí)，由朗格拉日不變量可知，栗浦光入射到激光晶體3再出射的過(guò)程可以由公式表示為:
[0038]nuy = muiyi = n2u2y2 ；
[0039]上式中:
[0040]n、m、n2分別表示激光所在介質(zhì)的折射率，即空氣折射率η，激光介質(zhì)折射率m，空氣折射率n2;
[0041 ] u、m、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；
[0042 ] 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；
[0043]假設(shè)所用激光晶體為Nd: YAG，各個(gè)折射率分別為n = I，m = 1.81，n2 = I;本發(fā)明中y、y1、y2，相當(dāng)于激光晶體3端面高度的一半，貝ijy2>yi>y>l ；
[0044]綜上可知1!2〈1!，因此本發(fā)明采用從激光晶體3小端入射的方式，有利于壓縮栗浦光發(fā)散角，進(jìn)而達(dá)到提高光束質(zhì)量，獲得高功率高光束質(zhì)量的激光的發(fā)明目的。
[0045]3)本發(fā)明中的激光晶體3包括兩端大小不等且沿軸向具有均勻過(guò)渡的變截面的所有形狀，如圓臺(tái)、棱臺(tái)或梯形體。而“倍頻晶體和光纖栗浦裝置的固體激光器”中的圓臺(tái)形增益介質(zhì)很明顯形狀只能為圓臺(tái)形。
[0046]4)本發(fā)明中采用特殊形狀及表面全鍍膜的激光晶體3的作用是使栗浦光在激光晶體3內(nèi)部經(jīng)過(guò)數(shù)次反射后被充分吸收，增強(qiáng)激光晶體3的儲(chǔ)能性及栗浦光的轉(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(zhǎng)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，獲得高功率高光束質(zhì)量的激光；而“倍頻晶體和光纖栗浦裝置的固體激光器”中采用圓臺(tái)形增益介質(zhì)的作用是提高栗浦的均勻性，降低增益介質(zhì)的溫度差及由此帶來(lái)的各種影響。
[0047]以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。
[0048]【實(shí)施例1】
[0049]如圖3所示，是基于本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)的一種激光器形式，808nm栗浦光由光纖耦合系統(tǒng)I出射并聚焦在3Nd: YV04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(guò)聲光調(diào)Q裝置4調(diào)制。
[0050]本實(shí)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。
[0051 ]本實(shí)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。
[0052]【實(shí)施例2】
[0053]如圖4所示，本實(shí)施便中，在【實(shí)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(guò)倍頻和頻后得到355nm紫外光。
[0054]本實(shí)施例得到的紫外光有波長(zhǎng)短、易聚焦、能量高、模式好等優(yōu)點(diǎn)，是微細(xì)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。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，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)由栗浦源、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(guò)渡的變截面，其中小端一側(cè)置于光路前端;激光晶體的外表面均為拋光面，兩端面分別鍍有對(duì)于栗浦光和基頻光的增透膜，激光晶體側(cè)表面鍍有對(duì)于栗浦光的高反膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，所述激光晶體的形狀為圓臺(tái)、棱臺(tái)或梯形體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，所述激光晶體的兩端面平行或具有一個(gè)夾角，夾角<5°。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，所述栗浦源為中心波長(zhǎng)為808nm、880nm、914nm、938nm、940nm 或 946nm 的栗浦源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，所述激光晶體為 Nd: YAG 晶體、Nd: YV04 晶體、Nd: GGG 晶體、Nd: YLF 晶體、Nd: GdV04 晶體、Nd: YAP 晶體、Nd:Luv04晶體或Yb: YAG晶體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，所述前腔鏡、后腔鏡為平透鏡、凹透鏡或凸透鏡。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率高光束質(zhì)量的激光器，其特征在于，激光器的腔型為直腔、V型腔、L型腔、Z型腔或環(huán)型腔。
【文檔編號(hào)】H01S3/16GK105896304SQ201610375397
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】崔建豐, 王迪, 高濤, 張亞楠
【申請(qǐng)人】鞍山紫玉激光科技有限公司