專(zhuān)利名稱(chēng)：用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器，特別涉及一種高光束質(zhì)量的脈沖激光器，屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
脈沖激光在工業(yè)加工、信息傳輸、遠(yuǎn)程傳感等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。目前，普遍采用調(diào)Q技術(shù)來(lái)得到高峰值功率和持續(xù)時(shí)間很短的激光脈沖。在很多工業(yè)及軍事應(yīng)用中，要求激光輸出光束具有較高的光束質(zhì)量。目前普遍采用光闌選模、特殊穩(wěn)定腔或非穩(wěn)腔等措施，而這些措施或者降低激光器效率，或者增加諧振腔復(fù)雜性，或者降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。而被動(dòng)調(diào)Q激光器在同樣的激光器工作參數(shù)下，其輸出光束質(zhì)量?jī)?yōu)于主動(dòng)調(diào)Q激光器，這主要得益于可飽和吸收器件的動(dòng)態(tài)光闌特性。
關(guān)于可飽和吸收器件的動(dòng)態(tài)光闌特性對(duì)提高激光輸出光束質(zhì)量的作用，在很多光學(xué)專(zhuān)業(yè)的著作中都有論述(如藍(lán)信鉅，激光技術(shù)，科學(xué)出版社，第二版，2005，125頁(yè))。早在1965年，W.R.Sooy就在理論上分析了可飽和吸收器件的模式選擇特性(詳見(jiàn)W.R.Sooy，The natural selection of modes in a passive q-switched laser，Applied Physics Letters，v 7，p36-37)。2002年，鄭權(quán)等人報(bào)導(dǎo)了Cr:YAG作為被動(dòng)調(diào)Q元件時(shí)的選橫模和選縱模的作用(詳見(jiàn)鄭權(quán)，陳穎新，趙嶺，錢(qián)龍生，可飽和吸收材料Cr:YAG做被動(dòng)調(diào)Q元件時(shí)的選模作用，光子學(xué)報(bào)，第31卷，550-552頁(yè))。2006年，Junewen Chen等人報(bào)導(dǎo)了各種可飽和吸收材料作為慢Q開(kāi)關(guān)應(yīng)用時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的選橫模特性(詳見(jiàn)Junewen Chen，Jun-Ting Linand Ou-Yang Mang，Smaller output beam divergence in the slowly opened Q-switch operaion，Optical Review，v 13，p69-76)。
此外，采用變反射率鏡作為輸出耦合鏡也具有提高輸出光束質(zhì)量的作用，關(guān)于這一點(diǎn)在很多光學(xué)專(zhuān)業(yè)的著作中也有論述(如W.克希耐爾著，孫文、江澤文、程國(guó)祥譯，固體激光工程，科學(xué)出版社，2002，243頁(yè))。
為了進(jìn)一步提高被動(dòng)調(diào)Q激光器的橫模選擇特性，本發(fā)明提出一種用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器裝置，該激光器具有輸出光束質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的特征在于一種用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，含有泵浦源、激光增益介質(zhì)、可飽和吸收器件、腔鏡，所述腔鏡至少包括一個(gè)后腔鏡和一個(gè)輸出鏡；后腔鏡對(duì)激光高反射；泵浦源的發(fā)射譜與激光增益介質(zhì)的吸收譜匹配；激光增益介質(zhì)是產(chǎn)生激光輸出，且所述可飽和吸收器件對(duì)該激光增益介質(zhì)的發(fā)射波長(zhǎng)具有可飽和吸收特性的固體激光工作物質(zhì)；泵浦源發(fā)出的泵浦光可直接，或通過(guò)耦合裝置后入射激光增益介質(zhì)，該可飽和吸收器件的損耗沿徑向改變；輸出鏡的鍍膜對(duì)激光波長(zhǎng)的透過(guò)率是設(shè)定的。
所述后腔鏡可以以光學(xué)介質(zhì)膜的形式鍍?cè)诩す庠鲆娼橘|(zhì)朝向泵浦源的端面上，對(duì)泵浦光增透，泵浦源所發(fā)射的泵浦光可通過(guò)光纖耦合，透鏡聚焦后入射到激光增益介質(zhì)上，該激光增益介質(zhì)朝向輸出的通光面上的鍍膜對(duì)激光波長(zhǎng)增透。
所述可飽和吸收器件的通光面可加工成凹面或凸面，或者可飽和吸收離子的摻雜濃度沿徑向改變，以增強(qiáng)可飽和吸收器件的動(dòng)態(tài)光闌特性，改善輸出光束質(zhì)量。
所述輸出鏡可以是一種鍍?cè)诳娠柡臀掌骷ü饷嫔系姆瓷渎恃貜较蜃兓墓鈱W(xué)薄膜。
所述可飽和吸收器件的通光面可加工成凹面或凸面，或者可飽和吸收離子的摻雜濃度沿徑向改變，而同時(shí)在可飽和吸收器件的通光面上鍍反射率沿徑向變化的光學(xué)薄膜。
所述泵浦源是包括半導(dǎo)體激光器、閃光燈在內(nèi)的各種泵浦源，泵浦方式是包括端面泵浦、側(cè)面泵浦在內(nèi)的各種泵浦方式。
所述激光器采用包括直腔、折腔、環(huán)形腔在內(nèi)的各種腔型結(jié)構(gòu)。
所述激光增益介質(zhì)可以和可飽和吸收器件結(jié)合成一種復(fù)合介質(zhì)。
在所述激光增益介質(zhì)中可同時(shí)摻入激光增益元素和可飽和吸收元素，構(gòu)成自飽和吸收的激光介質(zhì)。
所述后腔鏡可以是分立的后腔鏡。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明提出的通過(guò)改變可飽和吸收器件徑向的吸收因子，或者在可飽和吸收器件的通光面上的鍍變反射率膜等方式，來(lái)提高輸出光束質(zhì)量的方法，具有簡(jiǎn)單有效、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)技術(shù)帶來(lái)系統(tǒng)復(fù)雜性增加和穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。


圖1為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器第三個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器第四個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器第五個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1～圖5中，1-半導(dǎo)體激光器，2-耦合光纖，3-耦合透鏡，4-以光學(xué)介質(zhì)膜形式鍍?cè)谠鲆娼橘|(zhì)上的后腔鏡，5-激光增益介質(zhì)，6-通光面加工成凹面的可飽和吸收器件，7-輸出鏡，8-可飽和吸收元素?fù)诫s濃度沿徑向改變的可飽和吸收器件，9-以變反射率膜形式鍍?cè)诳娠柡臀掌骷系妮敵鲧R，10-通光面加工成凹面的自飽和吸收的激光介質(zhì)具體實(shí)施方式
圖1為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器的第一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的思想可以應(yīng)用于各種腔型的激光器，如直腔、折腔、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(gè)方便說(shuō)明的實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例中將可飽和吸收器件6的通光面加工成凹面，其兩個(gè)通光端面鍍對(duì)激光波長(zhǎng)的增透膜。半導(dǎo)體激光器1所發(fā)射的泵浦光通過(guò)光纖2耦合及透鏡3聚焦后入射激光增益介質(zhì)5。半導(dǎo)體激光器1的發(fā)射譜與增益介質(zhì)5的吸收譜匹配。后腔鏡4對(duì)泵浦光增透，對(duì)激光高反。在該實(shí)施例中后腔鏡4以光學(xué)介質(zhì)膜的形式鍍?cè)谠鲆娼橘|(zhì)5朝向泵浦的端面上，當(dāng)然也可以采用分立的后腔鏡。激光增益介質(zhì)5為可以產(chǎn)生激光輸出的、且可飽和吸收器件6對(duì)其發(fā)射波長(zhǎng)具有可飽和吸收特性的固態(tài)激光工作物質(zhì)，如Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO4、Nd:glass等。激光增益介質(zhì)5朝向輸出的通光面上的鍍膜對(duì)激光波長(zhǎng)增透。前腔鏡7的鍍膜對(duì)激光波長(zhǎng)具有一定的透過(guò)率。
在第一個(gè)實(shí)施例中，可飽和吸收器件6本身具有動(dòng)態(tài)光闌特性，主要是由于振蕩光束在中心軸線(xiàn)附近具有最高強(qiáng)度，從而最先漂白可飽和吸收器件6在軸線(xiàn)中心及附近的位置，而對(duì)離軸線(xiàn)較遠(yuǎn)的位置則因其入射光功率密度低，不易漂白，從而損耗較大，導(dǎo)致高階橫模不易形成振蕩，從而改善了輸出光束質(zhì)量。通過(guò)將可飽和吸收器件6通光面加工成凹面或凸面，使得其中心吸收弱，邊緣吸收強(qiáng)。由于高階橫模的模式半徑一般比基橫模大，使得高階橫模的吸收比基橫模強(qiáng)。因而高階橫模更不易起振，進(jìn)一步增強(qiáng)了可飽和吸收器件6的動(dòng)態(tài)光闌特性，從而進(jìn)一步改善了輸出光束質(zhì)量。
圖2為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器的第二個(gè)實(shí)施例，其中，在可飽和吸收器件8中可飽和吸收元素的摻雜濃度沿徑向變化，同時(shí)其朝向輸出的通光面上鍍變反射率膜9作為輸出鏡。將可飽和吸收元素的摻雜濃度設(shè)置為中心摻雜高，邊緣摻雜低。變反射率膜9為一種徑向反射率可變的光學(xué)薄膜，一般為中心反射率高，邊緣低。考慮到高階橫模的模式半徑一般比基橫模大，使得高階橫模的環(huán)程損耗比基橫模高。因而高階橫模不易起振，從而提高輸出高光束質(zhì)量。
圖3為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器的第三個(gè)實(shí)施例，其特征是，可飽和吸收器件6的端面加工成凹面，并且在可飽和吸收器件朝向輸出的表面上鍍變反射率膜9作為輸出鏡。因而可飽和吸收器件的選模作用得到進(jìn)一步增強(qiáng)，從而提高輸出高光束質(zhì)量。
圖4為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器的第四個(gè)實(shí)施例，其特征是，激光增益介質(zhì)5和可飽和吸收器件6結(jié)合成一種復(fù)合介質(zhì)，其實(shí)施原理與本發(fā)明的第一實(shí)施例基本相同。
圖5為本發(fā)明提供的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器的第五個(gè)實(shí)施例，其特征是，在激光增益介質(zhì)中同時(shí)摻入激光增益元素和可飽和吸收元素，構(gòu)成自飽和吸收的激光介質(zhì)10，其實(shí)施原理與本發(fā)明的第一實(shí)施例基本相同。
權(quán)利要求
1.用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，至少含有泵浦源(1)、激光增益介質(zhì)(5)、可飽和吸收器件(6、8)、腔鏡(4、7、9)，所述腔鏡至少包括一個(gè)后腔鏡(4)和一個(gè)輸出鏡(7、9)；后腔鏡(4)對(duì)激光高反射；泵浦源(1)的發(fā)射譜與激光增益介質(zhì)(5)的吸收譜匹配；激光增益介質(zhì)(5)是產(chǎn)生激光輸出，且所述可飽和吸收器件(6、8)對(duì)該激光增益介質(zhì)(5)的發(fā)射波長(zhǎng)具有可飽和吸收特性的固體激光工作物質(zhì)；泵浦源(1)發(fā)出的泵浦光可直接，或通過(guò)耦合裝置(2、3)后入射激光增益介質(zhì)(5)，該可飽和吸收器件(6、8)的吸收沿徑向改變；輸出鏡(7、9)對(duì)激光波長(zhǎng)的透過(guò)率是設(shè)定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述后腔鏡(4)以光學(xué)介質(zhì)膜的形式鍍?cè)诩す庠鲆娼橘|(zhì)(5)朝向泵浦源(1)的端面上，對(duì)泵浦光增透，泵浦源(1)所發(fā)射的泵浦光通過(guò)光纖(2)耦合，透鏡(3)聚焦后入射到激光增益介質(zhì)(5)上，該激光增益介質(zhì)(5)朝向輸出的通光面上的鍍膜對(duì)激光波長(zhǎng)增透。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述可飽和吸收器件(6、8)的通光面加工成凹面或凸面，或者可飽和吸收離子的摻雜濃度沿徑向改變，其中心摻雜濃度低，邊緣摻雜濃度高，以增強(qiáng)可飽和吸收器件(6、8)的動(dòng)態(tài)光闌特性，改善輸出光束質(zhì)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述輸出鏡(7、9)是一種鍍?cè)诳娠柡臀掌骷?6、8)通光面上的反射率沿徑向變化的光學(xué)薄膜(9)，其中心反射率高，邊緣反射率低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述可飽和吸收器件(6、8)的通光面加工成凹面或凸面，或者可飽和吸收離子的摻雜濃度沿徑向改變，其中心摻雜濃度低，邊緣摻雜濃度高，而在可飽和吸收器件(6、8)的通光面上鍍反射率沿徑向變化的光學(xué)薄膜(9)，其中心反射率高，邊緣反射率低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)是包括半導(dǎo)體激光器、閃光燈在內(nèi)的各種泵浦源，泵浦方式是包括端面泵浦、側(cè)面泵浦在內(nèi)的各種泵浦方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述激光器采用包括直腔、折腔、環(huán)形腔在內(nèi)的各種腔型結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述激光增益介質(zhì)(5)和可飽和吸收器件(6)結(jié)合成一種復(fù)合介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，在所述激光增益介質(zhì)(5)中同時(shí)摻入激光增益元素和可飽和吸收元素，構(gòu)成自飽和吸收的激光介質(zhì)(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，其特征在于，所述后腔鏡(4)是分立的后腔鏡。
全文摘要
用于提高輸出光束質(zhì)量的脈沖激光器，屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，該激光器包括泵浦源、激光增益介質(zhì)、可飽和吸收器件、腔鏡。通過(guò)改變可飽和吸收器件沿徑向的損耗，可有效的抑制高階橫模，獲得高光束質(zhì)量的激光輸出。具體可通過(guò)改變可飽和吸收器件徑向的吸收因子，或者在可飽和吸收器件的通光面上的鍍變反射率膜等方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單有效、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)技術(shù)帶來(lái)系統(tǒng)復(fù)雜性增加和穩(wěn)定性降低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01S3/11GK101034787SQ20071008038
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者鞏馬理, 黃磊, 王云祥, 張海濤, 柳強(qiáng), 閆平 申請(qǐng)人:清華大學(xué)