一種新型激光放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及全固態(tài)激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體公開一種新型激光放大器。本發(fā)明的新型激光放大器，包括：沿光路布置的光學(xué)棱鏡2、激光工作物質(zhì)1和光學(xué)棱鏡3；其中，所述激光工作物質(zhì)1為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內(nèi)或向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；激光工作物質(zhì)1各個(gè)面均精確拋光；光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相同。本發(fā)明與傳統(tǒng)棒狀工作物質(zhì)相比，由于有效的減小了內(nèi)部熱致折射率梯度，因此熱致折射率梯度減小很多，光束通過晶體不同位置時(shí)經(jīng)歷光學(xué)長(zhǎng)度差異減小，可以有效減弱光束產(chǎn)生的波前畸變；制作簡(jiǎn)單且成本低廉，容易滿足對(duì)加工工藝的精度要求。
【專利說明】一種新型激光放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全固態(tài)激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種新型激光放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]高平均功率高光束質(zhì)量激光器在工業(yè)、醫(yī)療、國(guó)防、科研等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而在所有的固體激光器系統(tǒng)中，激光介質(zhì)吸收的抽運(yùn)光中有一部分轉(zhuǎn)變成熱能沉積在介質(zhì)內(nèi)部；同時(shí)，激光介質(zhì)受到外界的冷卻，使得激光介質(zhì)內(nèi)部形成非均勻的溫度場(chǎng)分布，溫度分布的不均勻，進(jìn)而在介質(zhì)內(nèi)形成熱應(yīng)變和熱應(yīng)力分布，熱應(yīng)力導(dǎo)致介質(zhì)的折射率發(fā)生變化將引起熱致雙折射效應(yīng)。
[0003]在很多激光系統(tǒng)中，要求激光的偏振態(tài)為線偏振光。因此，熱致雙折射將降低激光輸出功率，劣化光束質(zhì)量，限制激光重復(fù)頻率的提高。激光介質(zhì)熱效應(yīng)問題限制激光輸出功率并影響輸出的光束質(zhì)量。并且，隨著抽運(yùn)功率的增大，激光增益介質(zhì)較差的熱性能對(duì)整個(gè)裝置的性能的影響越顯突出。
[0004]傳統(tǒng)的棒狀工作物質(zhì)熱梯度大、散熱效果差、光束質(zhì)量差；而板條工作物質(zhì)雖然能有效減小熱效應(yīng)問題，但其對(duì)于制造工藝的要求極高，很難達(dá)到要求的精度。
[0005]如申請(qǐng)?zhí)枮?00810222337.1減小溫度梯度的工作物質(zhì)，其中圓棒狀工作物質(zhì)表面的薄膜層將工作物質(zhì)與冷卻液體隔開，起到緩沖溫度變化的作用。但其缺點(diǎn)在于，晶體棒散熱差、棒中心儲(chǔ)能大、徑向溫度梯度大，不能獲得高功率高光束質(zhì)量的激光輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有激光放大器技術(shù)的缺陷，容易滿足對(duì)加工工藝的精度要求，提高能量輸出，提供一種新型激光放大器。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明提供一種新型激光放大器，包括:沿光路布置的光學(xué)棱鏡2、激光工作物質(zhì)I和光學(xué)棱鏡3，激光工作物質(zhì)I外的石英玻璃管9以及用于泵浦的激光二極管疊陣10 ;其中，所述激光工作物質(zhì)I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內(nèi)或向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；激光工作物質(zhì)I各個(gè)面均精確拋光；光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相同。
[0009]—些實(shí)施例中，所述光學(xué)棱鏡2、光學(xué)棱鏡3為圓柱體切除椎體后的形狀。
[0010]一些實(shí)施例中，所述光學(xué)棱鏡2、光學(xué)棱鏡3為圓錐體。
[0011 ] 一些實(shí)施例中，所述激光工作物質(zhì)1、光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3具有圓錐面，所述圓錐面用于調(diào)節(jié)激光方向。
[0012]—些實(shí)施例中，所述光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相對(duì)于所述激光工作物質(zhì)I對(duì)稱布置；工作時(shí)，激光束從所述光學(xué)棱鏡2輸入所述激光工作物質(zhì)1，沿“之”字形路徑全反射前行，經(jīng)激光工作物質(zhì)I的端面6輸出，進(jìn)入所述光學(xué)棱鏡3，最終從所述光學(xué)棱鏡3輸出。
[0013]一些實(shí)施例中，所述激光工作物質(zhì)I的材料為Nd:YAG,Nd:YVO4, Yb:YAG,Nd:YLF、Nd:Gd:V04、釹玻璃或鉺玻璃。
[0014]一些實(shí)施例中，所述激光工作物質(zhì)I長(zhǎng)度為38-150mm，壁厚為2_10mm。
[0015]一些實(shí)施例中，所述激光工作物質(zhì)I的內(nèi)部和/或外部具有冷卻水路。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:與傳統(tǒng)棒狀工作物質(zhì)相比，由于有效的減小了內(nèi)部熱致折射率梯度，因此熱致折射率梯度減小很多，光束通過晶體不同位置時(shí)經(jīng)歷光學(xué)長(zhǎng)度差異減小，可以有效減弱光束產(chǎn)生的波前畸變；制作簡(jiǎn)單且成本低廉，容易滿足對(duì)加工工藝的精度要求。在進(jìn)一步的方案中，激光工作物質(zhì)I內(nèi)部和外部通過冷卻水路通水冷卻，減小泵浦過程晶體內(nèi)部產(chǎn)生的熱效應(yīng)；同時(shí)激光在晶體中呈“之”字形全反射傳播，有效地減小熱透鏡、熱致應(yīng)力雙折射、表面形變等一系列熱效應(yīng)，最終改善激光輸出功率并影響輸出的光束質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1新型激光放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2新型激光放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明新型激光放大器的工作結(jié)構(gòu)端面示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1新型激光放大器的激光工作物質(zhì)側(cè)面示意圖。
[0021]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2新型激光放大器的激光工作物質(zhì)側(cè)面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023]本發(fā)明提供一種新型激光放大器，包括:沿光路布置的光學(xué)棱鏡2、激光工作物質(zhì)I和光學(xué)棱鏡3。
[0024]其中，所述激光工作物質(zhì)I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內(nèi)或向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；激光工作物質(zhì)I各個(gè)面均精確拋光；光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相同。
[0025]本發(fā)明由于有效的減小了內(nèi)部折射率梯度，因此折射率梯度減小很多，光束通過晶體不同位置時(shí)經(jīng)歷光學(xué)長(zhǎng)度差異減小，可以有效減弱光束產(chǎn)生的波前畸變；制作簡(jiǎn)單且成本低廉，容易滿足對(duì)加工工藝的精度要求。
[0026]實(shí)施例1
[0027]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例1的新型激光放大器，包括:沿光路布置的光學(xué)棱鏡2、激光工作物質(zhì)I和光學(xué)棱鏡3。
[0028]其中，所述激光工作物質(zhì)I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內(nèi)加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；激光工作物質(zhì)I各個(gè)面均精確拋光；光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相同。
[0029]所述光學(xué)棱鏡2、光學(xué)棱鏡3相同，所述光學(xué)棱鏡2、光學(xué)棱鏡3為圓柱體切除椎體后的形狀。
[0030]所述激光工作物質(zhì)1、光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3具有圓錐面，分別為圓錐面4、5、6、7，所述圓錐面4、5、6、7用于調(diào)節(jié)激光方向，既可鍍制增透膜層也可不鍍制膜層。
[0031]所述激光工作物質(zhì)I的內(nèi)部和/或外部具有冷卻水路，即內(nèi)部和外部都可以通水冷卻。如圖3所示，冷卻水8設(shè)置在石英玻璃管9和激光工作物質(zhì)I之間，所述激光二極管10用于側(cè)面泵浦。
[0032]相對(duì)于整個(gè)放大器的對(duì)稱軸，整個(gè)放大器呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相對(duì)于所述激光工作物質(zhì)I對(duì)稱布置。
[0033]工作時(shí)，激光束從所述光學(xué)棱鏡2輸入所述激光工作物質(zhì)1，沿“之”字形路徑全反射前行，經(jīng)激光工作物質(zhì)I的端面6輸出，進(jìn)入所述光學(xué)棱鏡3，最終從所述光學(xué)棱鏡3準(zhǔn)直輸出。有效地減小熱透鏡、熱致應(yīng)力雙折射、表面形變等一系列熱效應(yīng)。
[0034]該激光放大器，能夠有效地減弱晶體熱透鏡效應(yīng)、減小內(nèi)部的熱應(yīng)力和減弱光束波前畸變。使用這種激光放大器制成的激光二極管側(cè)面泵浦的Nd:YAG激光器可以獲得更高輸出功率、光束質(zhì)量更好的激光。
[0035]實(shí)施例2
[0036]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例2的新型激光放大器，包括:沿光路布置的光學(xué)棱鏡2、激光工作物質(zhì)I和光學(xué)棱鏡3。
[0037]其中，所述激光工作物質(zhì)I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；激光工作物質(zhì)I各個(gè)面均精確拋光；光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相同。
[0038]所述光學(xué)棱鏡2、光學(xué)棱鏡3相同，所述光學(xué)棱鏡2、光學(xué)棱鏡3為圓錐體。
[0039]所述激光工作物質(zhì)1、光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3具有圓錐面，分別為圓錐面4、5、6、7，所述圓錐面4、5、6、7用于調(diào)節(jié)激光方向，既可鍍制增透膜層也可不鍍制膜層。
[0040]所述激光工作物質(zhì)I的內(nèi)部和/或外部具有冷卻水路，即內(nèi)部和外部都可以通水冷卻，減小泵浦過程晶體內(nèi)部產(chǎn)生的熱效應(yīng)。如圖3所示，冷卻水8設(shè)置在石英玻璃管9和激光工作物質(zhì)I之間，所述激光二極管10用于側(cè)面泵浦。
[0041]相對(duì)于整個(gè)放大器的對(duì)稱軸，整個(gè)放大器呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)棱鏡2和光學(xué)棱鏡3相對(duì)于所述激光工作物質(zhì)I對(duì)稱布置。
[0042]工作時(shí)，激光束從所述光學(xué)棱鏡2輸入所述激光工作物質(zhì)1，沿“之”字形路徑全反射前行，經(jīng)激光工作物質(zhì)I的端面6輸出，進(jìn)入所述光學(xué)棱鏡3，最終從所述光學(xué)棱鏡3準(zhǔn)直輸出。有效地減小熱透鏡、熱致應(yīng)力雙折射、表面形變等一系列熱效應(yīng)。
[0043]上述實(shí)施例1、2中，所述激光工作物質(zhì)I的材料為Nd:YAG, Nd:YV04、Yb:YAG, Nd:YLF、Nd:Gd:V04、釹玻璃或鉺玻璃。進(jìn)一步地，所述激光工作物質(zhì)I長(zhǎng)度為38-150mm，壁厚為 2_10mm。
[0044]以上所述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所作出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型激光放大器，其特征在于，包括:沿光路布置的光學(xué)棱鏡(2)、激光工作物質(zhì)⑴和光學(xué)棱鏡⑶； 其中，所述激光工作物質(zhì)(I)為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內(nèi)或向外加工倒角區(qū)域，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；激光工作物質(zhì)(I)各個(gè)面均精確拋光；光學(xué)棱鏡(2)和光學(xué)棱鏡(3)相同。
2.如權(quán)利要求1所述的新型激光放大器，其特征在于，所述光學(xué)棱鏡(2)、光學(xué)棱鏡(3)為圓柱體切除椎體后的形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的新型激光放大器，其特征在于，所述光學(xué)棱鏡(2)、光學(xué)棱鏡(3)為圓錐體。
4.如權(quán)利要求2或3所述的新型激光放大器，其特征在于，所述激光工作物質(zhì)(I)、光學(xué)棱鏡(2)和光學(xué)棱鏡(3)具有圓錐面，所述圓錐面用于調(diào)節(jié)激光方向。
5.如權(quán)利要求2或3所述的新型激光放大器，其特征在于，所述光學(xué)棱鏡(2)和光學(xué)棱鏡(3)相對(duì)于所述激光工作物質(zhì)(I)對(duì)稱布置；工作時(shí)，激光束從所述光學(xué)棱鏡(2)輸入所述激光工作物質(zhì)(I)，沿“之”字形路徑全反射前行，經(jīng)激光工作物質(zhì)(I)的端面(6)輸出，進(jìn)入所述光學(xué)棱鏡(3)，最終從所述光學(xué)棱鏡(3)輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的新型激光放大器，其特征在于，所述激光工作物質(zhì)(I)的材料為Nd:YAG、Nd:YV04、Yb:YAG、Nd:YLF、Nd:Gd:V04、釹玻璃或鉺玻璃。
7.如權(quán)利要求1所述的新型激光放大器，其特征在于，所述激光工作物質(zhì)(I)長(zhǎng)度為38-150mm，壁厚為 2_10_。
8.如權(quán)利要求1所述的新型激光放大器，其特征在于，所述激光工作物質(zhì)(I)的內(nèi)部和/或外部具有冷卻水路。
【文檔編號(hào)】H01S3/042GK104505704SQ201410776084
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】樊仲維, 肖紅, 趙天卓, 黃科 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電研究院