專利名稱：基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光器，具體涉及一種基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器。
背景技術(shù)：
激光二極管泵浦的全固態(tài)激光器因具有轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)緊湊、使用壽命長等優(yōu)點使其成為當今固態(tài)激光技術(shù)研究的熱點之一，其中板條激光器由于泵浦效率高、散熱效率好而受到廣泛重視。采用棒狀工作介質(zhì)的高功率固體激光器在長時間運轉(zhuǎn)時，工作介質(zhì)的徑向溫度梯度使棒呈現(xiàn)出熱透鏡效應(yīng)和雙折射效應(yīng)，進而嚴重降低了光束質(zhì)量，限制了激光器的輸出水平和高重復率運轉(zhuǎn)。對于板條結(jié)構(gòu)的固體激光器，可以通過設(shè)計合理的“M”字形光路，減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率。早在20世紀70年代美國GE公司的W.B.Martin等就提出了板條激光器設(shè)計的概念，使得板條晶體內(nèi)部溫度場的分布趨于均勻，極大降低了晶體本身的熱效益。但該方案存在結(jié)構(gòu)設(shè)計復雜、吸收長度短、抽運效率低等缺點，限制了其進一步的發(fā)展?，F(xiàn)有的1064nm激光器多是采用棒狀晶體得到1064nm近紅外激光輸出，由于棒狀激光晶體所能承受的熱負荷與泵浦光功率有限，直接限制了 1064nm近紅外激光的大功率輸出。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于板條結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率的大功率1064nm近紅外激光器。為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:—種基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器,其特征在于,包括:激光晶體，分居前述激光晶體兩側(cè)的半導體激光泵浦模塊，設(shè)置于前述激光晶體與半導體激光泵浦模塊之間的透鏡組，以及將前述半導體激光泵浦模塊發(fā)射出的泵浦光形成高光束質(zhì)量的1064nm激光的激光諧振腔、對前述激光進行調(diào)制的調(diào)制器件；前述激光晶體為板條形狀的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)；前述激光晶體的“C”軸垂直放置或者水平放置；前述激光諧振腔由腔鏡組成；前述激光在激光器中形成“M”字形光路。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述腔鏡包括:柱面鏡、平面鏡，前述柱面鏡和平面鏡分居激光晶體的另外兩側(cè)。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述柱面鏡為2個，對稱設(shè)置，對稱軸與半導體激光泵浦模塊的對稱軸重合。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，還包括:熱沉，前述熱沉與激光晶體薄片的上下面接觸。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述半導體激光泵浦模塊發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡組會聚成截面為長方形的一維平行光，前述一維平行光的上下寬度為激光晶體厚度的一半，長度小于激光晶體的長度。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述分居激光晶體兩側(cè)的半導體激光泵浦模塊同時泵浦中間的激光晶體，或者兩個半導體激光泵浦模塊中的任意一個對激光晶體進行單獨泵浦。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述半導體激光泵浦模塊的中心波長為808nm或880nm。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述激光晶體為Nd:YV04晶體或者NchYLF晶體、Nd:YAG晶體、NchGlass晶體、Yb:YAG晶體、Er:YAG晶體。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，前述調(diào)制器件為聲光調(diào)制器件、電光調(diào)制器件或者吸收型被動調(diào)Q開關(guān)。前述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，還包括:光闌，前述光闌設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)。本發(fā)明的有益之處在于:通過設(shè)計合理的“M”字形光路，以及適當選擇柱面鏡的曲率半徑，可減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而利用簡單的板條激光結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率；在激光諧振腔內(nèi)設(shè)置光闌，可進一步提高光束質(zhì)量；另外，在不改變激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，在激光晶體破壞值范圍內(nèi)，可以通過提高半導體激光泵浦模塊的泵浦功率，進一步增加腔內(nèi)基頻激光的功率密度，從而得到更高功率的1064nm近紅外激光輸出。
圖1是本發(fā)明基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器的一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中附圖標記的含義:1_半導體激光泵浦模塊，2-透鏡，3-柱面鏡，4-激光晶體，5-柱面鏡，6-透鏡，7-半導體激光泵浦模塊，8-平面鏡，9-調(diào)制器件，10-平面鏡，11-平面鏡，12-平面鏡，13-光闌，14-平面鏡。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。參照圖1，本發(fā)明基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器包括:激光晶體4，分居激光晶體4兩側(cè)的半導體激光泵浦模塊1、7，設(shè)置于激光晶體4與半導體激光泵浦模塊
1、7之間的透鏡2、6，透鏡2、6組成透鏡組，以及將半導體激光泵浦模塊1、7發(fā)射出的泵浦光形成高光束質(zhì)量的1064nm激光的激光諧振腔，還包括:對上述高光束質(zhì)量的1064nm激光進行調(diào)制的調(diào)制器件9。下面具體介紹激光諧振腔。參照圖1,該激光諧振腔由腔鏡組成,具體由柱面鏡3、5和平面鏡8、10、11、12、14組成。柱面鏡3、5設(shè)置于激光晶體4的一側(cè)，平面鏡8、10、11、12、14設(shè)置于激光晶體4的另一側(cè)。其中，平面鏡8、14豎直的設(shè)置于激光諧振腔的兩端，平面鏡10、12分別傾斜45°、135°并設(shè)置于激光諧振腔的中間，平面鏡11則呈水平設(shè)置，激光在激光器中形成“M”字形光路；調(diào)整器件9設(shè)置于平面鏡8、10之間。[0022]在本發(fā)明中，柱面鏡3、5對稱設(shè)置，對稱軸與半導體激光泵浦模塊1、7的對稱軸重
口 ο作為一種優(yōu)選的方案，柱面鏡3、5和平面鏡8、10、11、12均鍍有對1064nm激光高
反膜；平面鏡14鍍有對1064nm激光高透膜、泵浦光高反膜。在本發(fā)明中，激光晶體4為板條形狀的薄片，其用銦箔包裹后放入散熱晶體座中，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)。另外，激光晶體4的“C”軸垂直放置，“C”軸也可以旋轉(zhuǎn)90°即水平放置。作為一種優(yōu)選的方案，激光晶體4為Nd: YV04晶體或者Nd = YLF晶體、Nd: YAG晶體、NdiGlass 晶體、Yb:YAG 晶體、Er:YAG 晶體。更為優(yōu)選的是，激光晶體4的兩個端面均鍍有對泵浦光和1064nm激光增透的增透膜，用以增加其對泵浦光的吸收。作為一種優(yōu)選的方案，本發(fā)明的近紅外激光器還包括熱沉(未圖示)。熱沉與薄片狀的激光晶體4的上下面接觸，可以保證熱量的有效傳導。作為一種優(yōu)選的方案，半導體激光泵浦模塊1、7均為半導體激光二極管，其中心波長為808nm，最高輸出功率為30W，也可以根據(jù)所選用的激光晶體4的不同而選用其他中心波長例如880nm的半導體激光泵浦模塊。作為一種優(yōu)選的方案，調(diào)制器件9為聲光調(diào)制器件、電光調(diào)制器件或者吸收型被動調(diào)Q開關(guān)。更為優(yōu)選的是，調(diào)制器件9的兩個端面均鍍有1064nm增透膜。作為一種優(yōu)選的方案，透鏡2、6的端面均鍍有對泵浦光的高透膜。在本發(fā)明中，半導體激光泵浦模塊1、7發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡組會聚成截面為長方形的一維平行光，作為一種優(yōu)選的方案，該一維平行光的上下寬度為激光晶體4厚度的一半，長度小于激光晶體4的長度。在本發(fā)明中，分居激光晶體4兩側(cè)的半導體激光泵浦模塊1、7是同時泵浦中間的激光晶體4，還可以是兩個半導體激光泵浦模塊1、7中的任意一個對激光晶體4進行單獨泵浦。作為一種優(yōu)選的方案，本發(fā)明的近紅外激光器還包括光闌13，光闌13設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)，用以進一步提高光束質(zhì)量。參照圖1，本發(fā)明的近紅外激光器的工作原理為:半導體激光泵浦模塊1、7輸出的線狀泵浦光由透鏡2、6會聚到激光晶體4的端面，激光晶體4吸收泵浦光能量后產(chǎn)生受激發(fā)射，發(fā)射出的光在激光諧振腔(由柱面鏡3、5和平面鏡8、10、11、12、14組成)的選模作用下形成高光束的基頻激光，在調(diào)制器件9的調(diào)制作用下，得到高峰值功率的調(diào)制激光。采用本發(fā)明的近紅外激光器，在不改變激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，在激光晶體破壞閥值范圍內(nèi)，還可以提高激光二極管的泵浦功率，進一步增加腔內(nèi)基頻激光的功率密度，從而得到更高功率的中紅外激光輸出。另外，本發(fā)明的基于板條結(jié)構(gòu)的固體近紅外激光器，相比于基于棒狀工作介質(zhì)的近紅外激光器，通過設(shè)計合理的“M”字形光路，以及適當選擇柱面鏡的曲率半徑，可減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而利用簡單的板條激光結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率。[0038]需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，包括:激光晶體(4)，分居上述激光晶體(4)兩側(cè)的半導體激光泵浦模塊(1、7)，設(shè)置于上述激光晶體(4)與半導體激光泵浦模塊(1、7)之間的透鏡組，以及將上述半導體激光泵浦模塊(1、7)發(fā)射出的泵浦光形成高光束質(zhì)量的1064nm激光的激光諧振腔、對上述激光進行調(diào)制的調(diào)制器件(9);上述激光晶體(4)為板條形狀的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)；上述激光晶體(4)的“C”軸垂直放置或者水平放置；上述激光諧振腔由腔鏡(3、5、8、10、11、12、14)組成；上述激光在激光器中形成“M”字形光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述腔鏡包括:柱面鏡(3、5)、平面鏡(8、10、11、12、14)，上述柱面鏡(3、5)和平面鏡(8、10、11、12、14)分居激光晶體(4)的另外兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述柱面鏡為2個，對稱設(shè)置，對稱軸與半導體激光泵浦模塊(1、7)的對稱軸重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，還包括:熱沉，上述熱沉與激光晶體(4)薄片的上下面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述半導體激光泵浦模塊(1、7)發(fā)出的泵浦光經(jīng)透鏡組會聚成截面為長方形的一維平行光，上述一維平行光的上下寬度為激光晶體(4)厚度的一半，長度小于激光晶體(4)的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述分居激光晶體(4)兩側(cè)的半導體激光泵浦模塊(1、7)同時泵浦中間的激光晶體(4)，或者兩個半導體激光泵浦模塊(1、7)中的任意一個對激光晶體(4)進行單獨泵浦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述半導體激光泵浦模塊(1、7)的中心波長為808nm或880nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述激光晶體(4)為Nd:YV04晶體或者NchYLF晶體、NchYAG晶體、NchGlass晶體、Yb:YAG晶體、Er:YAG晶體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，上述調(diào)制器件(9)為聲光調(diào)制器件、電光調(diào)制器件或者吸收型被動調(diào)Q開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項所述的基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，還包括:光闌(13)，上述光闌(13)設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于板條結(jié)構(gòu)的大功率1064nm近紅外激光器，其特征在于，包括激光晶體、分居激光晶體兩側(cè)的透鏡和半導體激光泵浦模塊，以及將泵浦光形成高光束質(zhì)量的1064nm激光的激光諧振腔、對前述激光進行調(diào)制的調(diào)制器件；前述激光晶體為板條形狀的薄片，泵浦光的通光方向在薄片之內(nèi)；前述激光在激光器中形成“M”字形光路。本實用新型的有益之處在于通過設(shè)計合理的“M”字形光路，以及適當選擇柱面鏡的曲率半徑，可減輕甚至消除一階熱聚焦、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而利用簡單的板條激光結(jié)構(gòu)獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸出功率；在激光諧振腔內(nèi)設(shè)置有光闌，其可進一步提高光束質(zhì)量。
文檔編號H01S3/10GK202977964SQ20122073196
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者孔劍, 邊莎莎 申請人:蘇州鐳創(chuàng)光電技術(shù)有限公司