專利名稱：一種高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，屬于固體激光器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體激光器(LD)技術(shù)的逐漸成熟，以半導(dǎo)體激光器作為泵浦源的 固態(tài)激光器也發(fā)展迅速，以其體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定、可靠性好、 壽命長、易操作、易智能化、無污染等優(yōu)點，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，在空間 通訊、材料加工、醫(yī)療衛(wèi)生、光纖技術(shù)、圖像處理、印刷、大氣科學、光語等 領(lǐng)域均有廣泛地應(yīng)用。固體激光器的增益介質(zhì)從幾何形狀上分類主要有板條狀、 .棒狀和盤片型等幾何結(jié)構(gòu)。盤片結(jié)構(gòu)激光器是指激光增益介質(zhì)具有大的口徑/厚 度比的激光器， 一般采用面泵浦、面冷卻，激光增益介質(zhì)由于熱梯度方向與激 光傳輸方向基本平行，同時減小了橫向的溫度梯度，因此在一定程度上解決了 高功率激光器冷卻和高功率泵浦的矛盾，避免了放大的自發(fā)輻射效益，可有效 減小激光運轉(zhuǎn)的熱透鏡效應(yīng)，獲得較高的輸出功率，同時保持較好的光束質(zhì)量， 因此盤片固體激光器是實現(xiàn)高功率激光輸出的一種重要方法。
盤片結(jié)構(gòu)激光器具有多種泵浦方式，其中主要有端面泵浦、邊緣泵浦和混 .合泵浦方式。采用邊緣泵浦方式的激光器由于吸收路徑較長，為了提高吸收效 率，必須選擇對泵浦光吸收系數(shù)較小的激光增益介質(zhì)，使得泵浦光在盤片內(nèi)部 多次反射而不斷被吸收，如可采用Yb: YAG、 Yb: GGG等盤片型激光增益介質(zhì)可 采用邊緣泵浦方式。
德國Trumpf-laser公司采用多通泵浦耦合系統(tǒng)泵浦，單個Yb: YAG薄片獲 得5. 3KW連續(xù)激光輸出，光-光轉(zhuǎn)換效率達65%。其泵浦光路如圖l所示，其中IOI為光纖耦合LD， 102為準直器件，103為拋物面鏡焦面上的激光增益介質(zhì)及 熱沉(冷卻襯底)，104為折光鏡，105為拋物面鏡。其光路原理是利用拋物面 鏡105及折光鏡104對入射泵浦光的反射使其多次反復(fù)照射在激光增益介質(zhì)103 上，提高激光增益介質(zhì)對泵浦光的利用率。但這個結(jié)構(gòu)上各個反射鏡的角度需 要精確的調(diào)整，整個裝置較為復(fù)雜。
實用新型內(nèi)容
本實用新型采用對稱;改置光纖的光纖頭結(jié)構(gòu)，改進盤片結(jié)構(gòu)激光器的泵浦 方式，實現(xiàn)高功率激光輸出。本實用新型的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，包括多光 纖束輸入光準直系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)盤片、泵浦光反射鏡以及激光腔鏡。
本實用新型的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，所述的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)是 由光纖頭和準直透鏡組成的，所述的光纖頭是指將一束光纖在同一個圓周上對 稱放置而形成，同一根光纖兩端都在光纖端面上，其對稱光纖中心間隙為2d。 本實用新型的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器的光路運行原理為輸入光從光纖頭的輸 入光纖進入，經(jīng)準直透鏡準直后，泵浦激光增益介質(zhì)盤片，經(jīng)反射膜反射后進 入光纖頭中與輸入光纖對稱放置的另 一根光纖，由該光纖的另 一端射出后再經(jīng) 準直鏡準直、反射鏡反射后進入另一根光纖，如此反復(fù)這樣的光路過程，使泵 浦光多次反射通過多光纖束輸入光準直系統(tǒng)和激光增益介質(zhì)，并與反射鏡、激 光腔鏡形成激光諧振腔，再由激光輸出腔鏡輸出。
所述的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭是將一束光纖在同 一個圓周上對 稱放置而形成，同一才艮光纖兩端的都在光纖端面上，泵浦光從光纖端面的輸入 光纖射出后，經(jīng)準直透鏡準直后，被激光增益介質(zhì)盤片的反射膜反射，再次通 過準直透鏡被另 一根的第 一光纖接受，泵浦光從該光纖在同 一光纖端面的另一 端射出后，再經(jīng)準直、反射進入另一根的第二光纖頭， 此反復(fù)，使泵浦光多次通過激光增益介質(zhì)。
進一步的，如上所述的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭，其輸入光纖個 數(shù)可為一根也可為多根。
進一步的，所述的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭，最后一根光纖的端 面可以鍍有泵浦光反射膜，使泵浦光再沿原光路返回?；蛘?，所述的多光纖束 輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭，最后一根光纖的端面可以不鍍有反射膜，使泵浦光 從最后一根光纖直接輸出。
本實用新型的第 一種擴展實施方式，所述的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)輸入 的泵浦光以 一定角度從側(cè)面泵浦激光增益介質(zhì)，激光增益介質(zhì)置于冷卻襯底上， 且背面鍍有泵浦光和振蕩光反射膜，在激光增益介質(zhì)另 一側(cè)放置泵浦光反射鏡， 形成泵浦光多次反射光路，在激光增益介質(zhì)正對面放置激光腔鏡形成激光諧振腔。
本實用新型的第二種擴展實施方式，采用多個所述的多光纖束輸入光準直 系統(tǒng)輸入泵浦光，正向泵浦對應(yīng)的多個激光增益介質(zhì)盤片，激光增益介質(zhì)置于 冷卻襯底上，且背面鍍有泵浦光和振蕩光反射膜，在各個激光增益介質(zhì)與光纖 頭之間形成泵浦光反射光路，在第一塊激光增益介質(zhì)的側(cè)面放置一個振蕩光反 射鏡，在最后一塊激光增益介質(zhì)的另一側(cè)面放置一個激光輸出腔鏡，與振蕩光 反射鏡構(gòu)成Z字型激光諧振腔。
本實用新型的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，采用多光纖束輸入準直系統(tǒng)，配合 激光增益介質(zhì)盤片、反射鏡及激光腔鏡可組成多次反射泵浦光路。該結(jié)構(gòu)的激 光器可采用一個或多個輸入光纖，可增減多光纖束輸入準直系統(tǒng)及相應(yīng)的激光 增益介質(zhì)盤片數(shù)量，亦可調(diào)節(jié)光纖頭和泵浦光反射鏡的角度，形成多種激光振 蕩腔，結(jié)構(gòu)較為簡單、靈活。

圖1為現(xiàn)有的德國Trumpf-laser公司的多通泵浦耦合系統(tǒng)的單個泵浦光路
圖2 (a)為本實用新型的實施例一的光路圖2 (b)為本實用新型高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器的光纖頭的結(jié)構(gòu)及光路圖3為本實用新型的實施例二的光路圖4為本實用新型的實施例三的光路圖。
具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖說明和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。
本實用新型的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器其結(jié)構(gòu)是包括多光纖束輸入準直系 統(tǒng)，盤片激光增益介質(zhì)反射裝置，泵浦光反射鏡及激光腔鏡。
本實用新型高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器所述的多光纖束輸入準直系統(tǒng)301是由 光纖頭201和準直透鏡202所組成的。其中光纖頭201,如圖2(a)和圖2(b) 所示，是將一束光纖在同一個圓周上對稱放置而形成，同一根光纖的兩端都在 同一光纖端面上，其對稱光纖中心間隙為2d。泵浦光反射光路是由光纖頭201, 準直透鏡202以及激光增益介質(zhì)盤片203構(gòu)成。準直透鏡202的焦距為f，激光 增益介質(zhì)盤片203由片狀激光增益介質(zhì)203A,泵浦光^^射膜203B及冷卻襯底 203C組成。若光纖頭201中光纖發(fā)光點在準直透鏡202的焦平面上，則從兩個 堆成光纖發(fā)出的光截面將在L處完全重合，L-f/d。
本實用新型光路運行原理為如圖2 (b)所示，泵浦光從光纖頭201入射 光纖20101射出，經(jīng)準直透鏡202準直后，在距離準直透鏡202為L處，被盤 片激光增益介質(zhì)的反射膜203B反射，反射光再次通過準直透鏡202準直后回到光纖頭201中與光纖20101相對稱的光纖20102中，光纖20102的另一端20103 亦在光纖頭201上，泵浦光從光纖20103射出，再經(jīng)準直透鏡202準直，泵浦 光反射膜203B反射，準直透鏡202準直進入光纖20104,光纖20104的另一端 20105放置在光纖頭201上，如此反復(fù)，實現(xiàn)泵浦光多次通過激光增益介質(zhì)203A。 若在最后一根光纖20112上鍍反射膜Sl,則輸出光再通過原路循環(huán)，并最終再 回到光纖20101,形成20101 — 20102 — 20103 — 20104 — 20105—……—20112 — .20111 —20110—……20101的循環(huán);若最后一級光纖20112不置反射膜，則輸出 光直接從光纖20112輸出。
本實用新型高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器的光纖頭201可使泵浦光從光纖20101 輸入后反復(fù)通過激光增益介質(zhì)盤片203。由于光照射到激光增益介質(zhì)后又被反射 膜反射，因而入射光將兩次通過激光增益介質(zhì)。若光纖頭201中含有2N個光纖， 即光纖頭201光纖端面中有4N個光纖端面，則可被激光增益介質(zhì)盤片203反射 2N次，從光纖20101輸入的泵浦光可4N次通過激光增益介質(zhì)203A。即當光纖 頭201含有6根光纖時，泵浦光可24次通過激光增益介質(zhì)203A;若光纖頭201 含有8根光纖時，泵浦光可32次通過激光增益介質(zhì)2Q3A。這樣，若在光纖頭 201中設(shè)置M個輸入光纖，即有M個光纖20101，每個輸入光纖在光纖頭中有N 個光纖接受輸出，則每個光纖的輸出光通過激光增益介質(zhì)203A的次數(shù)為4N,即 采用麗根光纖構(gòu)成光纖頭可使M束輸入光各自4N次通過激光增益介質(zhì)203A, 從而實現(xiàn)高功率光纖輸入泵浦。
擴展的，參閱圖3所示，本實用新型的實施例二是由光纖頭201和準直透 '鏡202組成的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)301,發(fā)出準直光以一定角度從側(cè)面泵浦 激光增益介質(zhì)203A,在激光增益介質(zhì)203A與冷卻襯底203C之間鍍有泵浦光和 振蕩光的高反射膜203B，并與輸出腔鏡305形成激光振蕩腔。泵浦光中未被激光增益介質(zhì)203A吸收的部分被反射到在激光增益介質(zhì)另一側(cè)的反射鏡302,并 被反射鏡302反射，從而在多光纖束輸入光準直系統(tǒng)301、激光增益介質(zhì)盤片 203與反射鏡302之間形成泵浦光多次反射光路，在激光增益介質(zhì)正對面放置激 光腔鏡形成激光諧振腔。這樣，激光增益介質(zhì)可實現(xiàn)多次對泵浦光的吸收。
參閱圖4所示，本實用新型的實施例三是采用多個所述多光纖束輸入光準 直系統(tǒng)301,輸入泵浦光正向泵浦對應(yīng)的多個激光增益介質(zhì)盤片203,與反射鏡 302、激光腔鏡303構(gòu)成高功率盤片激光器。其中激光增益介質(zhì)盤片203在其激 '光增益介質(zhì)203A與冷卻襯底203C間鍍有對泵浦光和振蕩光高反射膜203B。在 各個激光增益介質(zhì)與光纖頭之間形成泵浦光反射光路，在第一塊激光增益介質(zhì) 盤片的側(cè)面放置一個振蕩光反射鏡，在最后一塊激光增益介質(zhì)的另一側(cè)面放置 一個激光輸出腔鏡，與振蕩光反射鏡構(gòu)成Z字型激光諧振腔，光纖頭輸出光正 入射激光增益介質(zhì)盤片進行泵浦，未被吸收的泵浦光被反射回光纖頭，構(gòu)成多 次反射泵浦光^各。
本實用新型要求保護的范圍不限于文中介紹的各實施例，涉及的專門技術(shù) 是本專業(yè)一般人員所熟悉的，因此只要了解本實用新型的內(nèi)容和特性，可以做 各種形式的變換和代換。
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權(quán)利要求1.高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，包括多光纖束輸入光準直系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)盤片、泵浦光反射鏡及激光腔鏡，其特征在于所述的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)是由一束光纖對稱放置而成的光纖頭和準直透鏡組成的，輸入光從光纖頭的輸入光纖(20101)射出，經(jīng)準直透鏡準直后，泵浦激光增益介質(zhì)盤片，經(jīng)反射鏡反射后進入光纖頭中與輸入光纖(20101)對稱放置的另一根光纖(20102)，由光纖(20102)的另一端(20103)射出后再經(jīng)準直、反射進入另一根光纖(20104)，如此反復(fù)，使泵浦光多次反射通過多光纖束輸入光準直系統(tǒng)和激光增益介質(zhì)，并與激光腔鏡形成激光諧振腔，再由激光輸出腔鏡輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，其特征在于所述的多光纖 束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭(201 )是將一束光纖在同 一個圓周上對稱放置而 形成，同一根光纖的兩端都在光纖端面上，泵浦光從光纖端面的輸入光纖(20101)射出后，經(jīng)準直透鏡(202 )準直后，被激光增益介質(zhì)盤片(203) 的反射膜(203B)反射，再次通過準直透鏡被另一根光纖(20102 )接受，泵 浦光從光纖(20102 )在同一光纖端面的另一端(20103 )射出后，再經(jīng)準直、 反射進入另一根光纖頭(20104 ),如此反復(fù)，使泵浦光多次通過激光增益介 質(zhì)(2Q3A)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，其特征在于所述的多 光纖束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭，其輸入光纖個數(shù)可為一根也可為多根。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，其特征在于所述的多 光纖束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭，最后一根光纖的端面可以鍍有泵浦光反射 膜，使泵浦光再沿原光路返回。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，其特征在于所述的多 光纖束輸入光準直系統(tǒng)的光纖頭，最后一根光纖的端面可以不鍍有反射膜，使泵浦光從最后一根光纖直接輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，其特征在于所述的多光纖 束輸入光準直系統(tǒng)輸入的泵浦光以一定角度從側(cè)面泵浦激光增益介質(zhì)，激光 增益介質(zhì)置于冷卻襯底上，且背面鍍有泵浦光和振蕩光反射膜，在激光增益 介質(zhì)另一側(cè)放置泵浦光反射鏡，形成泵浦光多次反射光路，在激光增益介質(zhì) 正對面放置激光腔鏡形成激光諧振腔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，其特征在于采用多個所述 的多光纖束輸入光準直系統(tǒng)輸入泵浦光，正向泵浦對應(yīng)的多個激光增益介質(zhì) 盤片，激光增益介質(zhì)置于冷卻襯底上，且背面鍍有泵浦光和振蕩光反射膜， 在各個激光增益介質(zhì)與光纖頭之間形成泵浦光反射光^各，在第一塊激光增益 介質(zhì)的側(cè)面放置一個振蕩光反射鏡，在最后 一塊激光增益介質(zhì)的另 一側(cè)面放 置一個激光輸出腔鏡，與振蕩光反射鏡構(gòu)成Z字型激光諧振腔。
專利摘要本實用新型的一種高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器，包括多光纖束輸入光準直系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)盤片、泵浦光反射鏡及激光腔鏡。所述的多光纖束輸入準直系統(tǒng)是由一束光纖對稱放置而成的光纖頭和準直透鏡組成的，輸入光可在多光纖束輸入光準直系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)盤片以及反射鏡之間多次反射，從而使得泵浦光多次經(jīng)過激光增益介質(zhì)，從而實現(xiàn)高功率激光輸出。本實用新型的高功率盤片結(jié)構(gòu)激光器結(jié)構(gòu)較為簡單、靈活，可采用一個或多個輸入光纖，可增減光纖頭以及相應(yīng)的激光增益介質(zhì)盤片數(shù)量，亦可調(diào)節(jié)光纖頭和泵浦光反射鏡的角度，形成多種激光振蕩腔。
文檔編號H01S3/16GK201398011SQ20092013834
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者凌吉武, 礪 吳, 柏天國, 陳燕平 申請人:福州高意通訊有限公司