專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖耦合端面泵浦固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光器，特別是一種光纖耦合端面泵浦固體激光器。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)90年代以來(lái)，端面泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展日新月異，成為國(guó)際國(guó)內(nèi)激 光技術(shù)的研究熱點(diǎn)。端面泵浦激光器與傳統(tǒng)固體激光器的的根本區(qū)別在于其泵浦幾何的差 異，其傳統(tǒng)激光器泵浦方式是側(cè)面泵浦，而端面泵浦固態(tài)激光器泵浦方式是沿著激光晶體 的端面進(jìn)行泵浦。端面泵浦激光器具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)其激光增益介質(zhì)是固體介質(zhì)，能摻雜 高濃度離子，激光介質(zhì)內(nèi)易形成高功率密度激光光子，具有很高光光的轉(zhuǎn)換效率，很低的激 光輸出閾值，端面泵浦激光器可以設(shè)計(jì)得相當(dāng)小巧靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；端面激光器由于泵浦光 斑很小(微米量級(jí))，以及泵浦模式和激光模式很好的匹配，這樣激光器在單?；虻碗A模諧 振傳輸時(shí)，其輸出光束質(zhì)量非常高，可以接近衍射極限；由于光光轉(zhuǎn)換效率高，并且產(chǎn)生熱 量少，因此只需使用簡(jiǎn)單的風(fēng)冷散熱；摻雜的激光介質(zhì)具有相當(dāng)寬的泵浦光吸收譜，二極管 具有很窄的光譜寬度，吸收效率很高；泵浦二極管其可靠運(yùn)轉(zhuǎn)壽命超過(guò)IO萬(wàn)小時(shí)，因此，端 面泵浦激光器具有長(zhǎng)時(shí)間無(wú)維護(hù)可靠工作的特性。 目前市場(chǎng)上端泵激光器的諧振腔腔型結(jié)構(gòu)一般采用直線(xiàn)型或折疊型結(jié)構(gòu)。諧振腔 采用直線(xiàn)型平平腔結(jié)構(gòu)的激光器，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單實(shí)用，但其平平腔結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性差，對(duì)震 動(dòng)或環(huán)境的變化較為敏感，同時(shí)，其腔型的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基模動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性差，改變泵浦 光功率時(shí)，抽運(yùn)光模式和激光諧振腔的模式不能完全匹配，影響激光輸出光束質(zhì)量。諧振 腔采用折疊型結(jié)構(gòu)的激光器，其整體結(jié)構(gòu)較為緊湊，但其光學(xué)零件較為復(fù)雜，失調(diào)穩(wěn)定性較 差，影響激光輸出功率的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)甚至不出光，其工作穩(wěn)定區(qū)亦較小，并且腔長(zhǎng)和折 疊角的選取和光路調(diào)整較為復(fù)雜。 此外，目前激光器采用的光學(xué)聚焦系統(tǒng)多為兩片式耦合透鏡組合方式，系統(tǒng)存在 嚴(yán)重的像差，這些像差使得抽運(yùn)光的波前發(fā)生畸變，導(dǎo)致光強(qiáng)的分布發(fā)生變化，光束的功率 密同度變低。由于像差的存在，抽運(yùn)光和激光諧振腔的模式不能完全匹配，導(dǎo)致輸出激光功 率較低，光束質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種發(fā)散角小，輸出光斑小，光束質(zhì)量?jī)?yōu)異的光纖耦合 端面泵浦固體激光器。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)解決方案一種光纖耦合端面泵浦
固體激光器，其包含泵浦源、諧振腔、增益介質(zhì)和調(diào)Q器件，其中，泵浦源主要由半導(dǎo)體激光
二極管模塊、光纖、光學(xué)聚焦系統(tǒng)組成，諧振腔主要由全反鏡和平面輸出耦合鏡組成，增益
介質(zhì)設(shè)在平面輸出耦合鏡和全反鏡之間的光路上，調(diào)Q器件設(shè)在增益介質(zhì)與平面輸出耦合
鏡之間，其特征在于所述的全反鏡為凹面全反鏡，使諧振腔為平凹腔結(jié)構(gòu)。所述的凹面全反鏡曲率半徑為R = 3000mm，凹面全反鏡距離增益介質(zhì)14mm，平面輸出耦合鏡距離增益介質(zhì)144mm。 所述的光學(xué)聚焦系統(tǒng)采用四片式耦合透鏡組合而成。 所述的耦合透鏡中的各鏡片曲率為第一片鏡片的左曲率和右曲率半徑分別為 +46. lmm和+28. 5mm ;第二片鏡片的左曲率和右曲率半徑分別為+762. lmm和+70mm ;第三片 鏡片的左曲率和右曲率半徑分別為-69. 2mm和-796. 2mm ;第四片鏡片的左曲率和右曲率半 徑分別為+50. 93mm和+54. 83mm。 在泵浦源輸出光路上、光學(xué)聚焦系統(tǒng)前端設(shè)有二相色鏡片，二相色鏡片與光路成 一定角度，在與光路垂直方向上設(shè)有指示紅光筆，指示紅光筆對(duì)準(zhǔn)二相色鏡片與光路的交 點(diǎn)。 由于諧振腔為平凹腔結(jié)構(gòu)，凹面全反鏡彌補(bǔ)了增益介質(zhì)(激光晶體)在激光諧振 過(guò)程中產(chǎn)生的熱透鏡對(duì)諧振光橫模的影響，使激光器輸出光斑近基模輸出，發(fā)散角小，輸出 光斑小，光束質(zhì)量?jī)?yōu)異。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。


圖1為本實(shí)施例光纖耦合端面泵浦固體激光器結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為光學(xué)聚焦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖
具體實(shí)施方式如圖1所示，本實(shí)施例包含泵浦源、諧振腔、增益介質(zhì)6和調(diào)Q器件7，其中，泵浦源 主要由半導(dǎo)體激光二極管模塊1、光纖2、光學(xué)聚焦系統(tǒng)3組成，諧振腔主要由全反鏡5和平 面輸出耦合鏡8組成，增益介質(zhì)6設(shè)在平面輸出耦合鏡8與全反鏡5之間的光路上，調(diào)Q器 件7設(shè)在增益介質(zhì)6與平面輸出耦合鏡8之間，所述的全反鏡5為凹面全反鏡，使諧振腔為 平凹腔結(jié)構(gòu)。 所述的凹面全反鏡5的曲率半徑為R = 3000mm，凹面全反鏡5與增益介質(zhì)6之間 距離為14mm，平面輸出耦合鏡8與增益介質(zhì)6之間距離為144mm。 通過(guò)選取較為合適的腔長(zhǎng)和凹面全反鏡的曲率，可較為完好的滿(mǎn)足諧振腔的動(dòng)態(tài) 穩(wěn)定不靈敏條件。在泵浦光功率改變時(shí)，激光增益介質(zhì)的熱透鏡焦距在大的變化時(shí)也能獲 得穩(wěn)定的激光基模運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是令基模參數(shù)在一定的泵浦功率范圍內(nèi)保持不變或變化較 緩，從而產(chǎn)生較為完美的光束質(zhì)量和較高的輸出功率。 如圖2所示，所述的光學(xué)聚焦系統(tǒng)3采用四片式耦合透鏡組合而成，耦合透鏡中 的各鏡片曲率為第一片鏡片10的左曲率和右曲率半徑分別為+46. lmm和+28. 5mm;第 二片鏡片11的左曲率和右曲率半徑分別為+762. lmm和+70mm ;第三片鏡片12的左曲率 和右曲率半徑分別為-69. 2mm和-796. 2mm ;第四片鏡片13的左曲率和右曲率半徑分別為 +50. 93mm禾口 +54. 83mm。 光學(xué)耦合系統(tǒng)采用四片式耦合透鏡組合與兩片式耦合透鏡組相比，雖然像差對(duì)基 頻光的功率影響不是很大，但其是決定光束質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵，通過(guò)減小光纖光學(xué)耦合系統(tǒng) 的像差，可以使抽運(yùn)光的分布更均勻，抽運(yùn)能量更集中，增強(qiáng)抽運(yùn)光和激光諧振腔的模式匹 配，改善其輸出激光的光束質(zhì)量。[0020] 再如圖1所示，在泵浦源輸出光路上、光學(xué)聚焦系統(tǒng)前端設(shè)有二相色鏡片4，二相 色鏡片與光路成一定角度，在與光路垂直方向上設(shè)有指示紅光筆9，指示紅光筆9對(duì)準(zhǔn)二相 色鏡片4與光路的交點(diǎn)。 輔助紅光系統(tǒng)設(shè)在光學(xué)聚焦系統(tǒng)前端，在保證能夠指示激光打標(biāo)位置的基礎(chǔ)上，
縮小了激光器整體長(zhǎng)度，使器件整體排布更為緊湊。 綜上所述，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、功率的穩(wěn)定性強(qiáng)。由于采用平凹腔結(jié)構(gòu)，諧振腔的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性得到大大提高，保 證長(zhǎng)時(shí)間工作功率的穩(wěn)定性。 2、激光器閾值較低。由于平凹腔為穩(wěn)定諧振腔，在低功率泵浦的情況下，易產(chǎn)生足 夠的激光諧振增益。 3、激光束輸出光束質(zhì)量較好。采用四片式光學(xué)聚焦系統(tǒng)，增強(qiáng)抽運(yùn)光和激光諧振 腔的模式匹配，改善其輸出激光的光束質(zhì)量。 4、器件排布緊湊。由于縮小了激光器整體長(zhǎng)度，使器件整體排布更為緊湊。
權(quán)利要求一種光纖耦合端面泵浦固體激光器，其包含泵浦源、諧振腔、增益介質(zhì)(6)和調(diào)Q器件(7)，其中，泵浦源主要由半導(dǎo)體激光二極管模塊(1)、光纖(2)、光學(xué)聚焦系統(tǒng)(3)組成，諧振腔主要由全反鏡(5)和平面輸出耦合鏡(8)組成，增益介質(zhì)(6)設(shè)在平面輸出耦合鏡(8)與全反鏡(5)之間的光路上，調(diào)Q器件(7)設(shè)在增益介質(zhì)(6)與平面輸出耦合鏡(8)之間，其特征在于所述的全反鏡(5)為凹面全反鏡，使諧振腔為平凹腔結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖耦合端面泵浦固體激光器，其特征在于所述的凹面全反鏡(5)的曲率半徑為R = 3000mm，凹面全反鏡與增益介質(zhì)(6)之間距離為14mm，平面輸出耦合鏡(8)與增益介質(zhì)(6)之間距離為144mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖耦合端面泵浦固體激光器，其特征在于所述的光學(xué)聚焦系統(tǒng)(3)采用四片式耦合透鏡組合而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖耦合端面泵浦固體激光器，其特征在于所述的耦合透鏡中的各鏡片曲率為第一片鏡片(10)的左曲率和右曲率半徑分別為+46. lmm和+28.5mm;第二片鏡片(11)的左曲率和右曲率半徑分別為+762. lmm和+70mm;第三片鏡片(12)的左曲率和右曲率半徑分別為-69. 2mm和-796. 2mm;第四片鏡片(13)的左曲率和右曲率半徑分別為+50. 93mm禾卩+54. 83mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖耦合端面泵浦固體激光器，其特征在于在泵浦源輸出光路上、光學(xué)聚焦系統(tǒng)前端設(shè)有二相色鏡片(4) ， 二相色鏡片與光路成一定角度，在與光路垂直方向上設(shè)有指示紅光筆(9)，指示紅光筆(9)對(duì)準(zhǔn)二相色鏡片(4)與光路的交點(diǎn)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及激光器，特別是一種光纖耦合端面泵浦固體激光器。其包含泵浦源、諧振腔、增益介質(zhì)和調(diào)Q器件，其特征在于諧振腔中的全反鏡為凹面全反鏡，使諧振腔為平凹腔結(jié)構(gòu)。其目的是為了設(shè)計(jì)一種發(fā)散角小，輸出光斑小，光束質(zhì)量?jī)?yōu)異的光纖耦合端面泵浦固體激光器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有功率穩(wěn)定性強(qiáng)、激光器閾值較低、器件排布緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK201515145SQ20092027159
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者鄭宣成, 陳柏眾 申請(qǐng)人:溫州市嘉泰激光科技有限公司