側(cè)面泵浦板條波導(dǎo)dpal激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體激光器技術(shù)，更具體地涉及到一種側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL(半導(dǎo)體栗浦堿金屬蒸氣激光器)激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]DPAL激光器是一種增益介質(zhì)為蒸氣狀態(tài)堿金屬的新型光栗浦氣體激光器，增益介質(zhì)的溫度通常為100?200°C C3DPAL的增益介質(zhì)主要為蒸氣狀態(tài)的鉀、銣或銫，其能級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，η是最外層電子所在電子層數(shù)，K、Rb、Cs對(duì)應(yīng)的η分別為4、5、6。舊1/2為基態(tài)能級(jí)，ηΡ1/2和ηΡ3/2為最外層電子自旋-軌道相互作用而劈裂產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)能級(jí)。由基態(tài)至兩上能級(jí)的躍迀分別對(duì)應(yīng)于D2和Dl線。
[0003]DPAL激光器最早是在2003年，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Krupke等人實(shí)現(xiàn)了堿金屬激光器Dl線激光輸出。這種機(jī)制的堿金屬激光器采用對(duì)應(yīng)D2線波長(zhǎng)的栗浦源栗浦，具有95%以上的量子效率，且增益介質(zhì)是氣體，熱透鏡效應(yīng)不明顯。因此，DPAL激光器被認(rèn)為是一種有望實(shí)現(xiàn)單口徑Mff級(jí)激光輸出的新型激光器。其在高功率輸出方面的潛力也得到了國(guó)內(nèi)外眾多高功率研發(fā)機(jī)構(gòu)的關(guān)注。
[0004]2011年，通用原子公司的Zweiback等人使用替代光源研究了側(cè)面栗浦的堿金屬激光器，獲得了 75%的斜率效率，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了側(cè)面栗浦在DPAL功率放大方面的發(fā)展?jié)摿?。其方案的示意圖如圖2所示。該方案選用不銹鋼作為激光頭材質(zhì)，激光頭側(cè)面分別留有尺寸為7cmX Icm的激光窗口和13cmX Icm的栗浦窗口。利用電加熱方式加熱堿金屬蒸氣室。使用翠綠寶石激光器作為栗浦光源，使用焦距為10mm和750mm兩面正交擺放的柱面透鏡構(gòu)成的像散望遠(yuǎn)鏡對(duì)翠綠寶石激光器進(jìn)行光束整形，再經(jīng)過(guò)1250mm焦距的透鏡聚焦進(jìn)入蒸氣室，激光輸出窗口為避免反射損失采用布儒斯特窗設(shè)計(jì)。諧振腔由曲率半徑為Im的后腔鏡和20%反射率的耦合輸出鏡構(gòu)成。
[0005]但是，上述方案還存在以下技術(shù)缺陷:
[0006](I)圖2所示的方案，蒸氣室內(nèi)僅有焦點(diǎn)位置處形成增益區(qū)域，激活體積小，未能對(duì)蒸氣室中堿金屬原子進(jìn)行有效利用；
[0007](2)蒸氣室與加熱裝置之間放置相對(duì)松散，不能進(jìn)行有效的熱管理；
[0008](3)整形光路長(zhǎng)，元件多，系統(tǒng)復(fù)雜，不利于實(shí)現(xiàn)小型化；
[0009](4)采用穩(wěn)定腔設(shè)計(jì)，模式匹配差，不利于高光束質(zhì)量輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL激光器。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL激光器，包括LD栗浦模塊L、LD栗浦模塊R、光導(dǎo)管L、光導(dǎo)管R和一維波導(dǎo)諧振腔，其中:
[0012]所述一維波導(dǎo)諧振腔上設(shè)置有栗浦窗口L和栗浦窗口 R;
[0013]所述LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R具有相同的結(jié)構(gòu)，均由半導(dǎo)體激光器疊陣或半導(dǎo)體激光器陣列組成；
[0014]所述光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R具有相同的結(jié)構(gòu)，且所述光導(dǎo)管L位于所述LD栗浦模塊L與所述一維波導(dǎo)諧振腔的栗浦窗口L之間，所述光導(dǎo)管R位于所述LD栗浦模塊R與所述一維波導(dǎo)諧振腔的栗浦窗口 R之間；栗浦光由所述LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R發(fā)出，分別經(jīng)過(guò)所述光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R匯聚勻化之后進(jìn)入所述一維波導(dǎo)諧振腔；
[0015]其中，所述LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R、所述光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R均相對(duì)于所述一維波導(dǎo)諧振腔對(duì)稱放置;以及
[0016]所述LD栗浦模塊L與所述LD栗浦模塊R的各半導(dǎo)體激光器疊陣或線陣擺放于以各自方向的所述一維波導(dǎo)腔的栗浦窗口為中心的球面上，方向指向所述栗浦窗口。
[0017]其中，所述光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R采用實(shí)心或空心光導(dǎo)管結(jié)構(gòu)，所述栗浦光在其側(cè)壁上的反射率至少大于90%。
[0018]其中，所述一維波導(dǎo)諧振腔包括上下波導(dǎo)壁板、全反前腔鏡、全反后腔鏡、輸出耦合鏡及栗浦窗口，其中所述上下波導(dǎo)壁板的間距為0.5-2.5mm。
[0019]其中，緊貼所述一維波導(dǎo)諧振腔的上下波導(dǎo)壁板還設(shè)置有控溫裝置，且所述控溫裝置與所述一維波導(dǎo)諧振腔實(shí)現(xiàn)一體化。
[0020]其中，所述一維波導(dǎo)諧振腔的蒸氣室內(nèi)充有用于碰撞加寬的氖氣、氬氣或氦氣和用于加快精細(xì)結(jié)構(gòu)混合速率的烷烴類氣體。
[0021]基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的激光器具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0022]a、采用雙邊側(cè)面栗浦模式，由于栗浦光不直接照射激光輸出窗口，大大減小了高功率密度栗浦光與烷烴類混充氣體反應(yīng)生成的碳粒污染激光輸出窗口片的可能性；
[0023]b、利用光導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)栗浦光耦合，光導(dǎo)管集成了栗浦光匯聚、栗浦光耦合和栗浦光勻化三重作用，不僅簡(jiǎn)化了光束整形過(guò)程，還可以在一定程度上避免由于半導(dǎo)體激光器堆疊方式帶來(lái)的栗浦光分布不均勻的問(wèn)題；
[0024]c、采用一維波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，回避了半導(dǎo)體激光器快慢軸光束質(zhì)量差且不一致和光束分布均勻性差的缺點(diǎn)，從而大大簡(jiǎn)化了對(duì)半導(dǎo)體激光器光束整形的要求，也為多陣列半導(dǎo)體激光器進(jìn)行高功率栗浦提供了有效的解決方案；
[0025]d、在橫向方向采用非穩(wěn)腔設(shè)計(jì)，可以充分利用增益區(qū)的橫向?qū)挾龋⑶疫€可以得到接近衍射極限的準(zhǔn)直激光輸出；通過(guò)這種方式將依賴增加腔長(zhǎng)以提高激光功率的“線增比”手段轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊嬖霰取奔夹g(shù)，不僅可以增大增益區(qū)間的利用率，為DPAL高功率輸出提供了可行的技術(shù)路線，還可以簡(jiǎn)化對(duì)半導(dǎo)體激光器陣列光束整形的步驟；
[0026]e、控溫裝置與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)緊密貼合，一方面可使加熱過(guò)程更加有效且均勻，另一方面也使整個(gè)裝置更加緊湊；
[0027]f、整個(gè)裝置采用模塊化思想，栗浦模塊的數(shù)量可以在光導(dǎo)管耦合方案的承受能力之上增加；
[0028]g、本發(fā)明適用于多種光栗氣體激光器，舉例來(lái)說(shuō)，蒸氣室內(nèi)的緩沖氣體更換為氖氣、氦氣等惰性氣體，將與堿金屬蒸氣形成寬帶栗浦堿金屬準(zhǔn)分子激光器(XPAL)系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的堿金屬蒸氣激光器的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中典型的側(cè)面栗浦DPAL激光器；
[0031 ]圖3為本發(fā)明的側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL激光器的裝置俯視圖；
[0032]圖4為本發(fā)明的側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL激光器的裝置側(cè)視圖；
[0033]圖5為本發(fā)明的側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL激光器的一維波導(dǎo)諧振腔示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0035]本發(fā)明公開了一種側(cè)面栗浦板條波導(dǎo)DPAL激光器，包括LD栗浦模塊L、LD栗浦模塊R、光導(dǎo)管L、光導(dǎo)管R和一維波導(dǎo)諧振腔，其中:
[0036]—維波導(dǎo)諧振腔上設(shè)置有栗浦窗口 L和栗浦窗口 R;
[0037]LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R具有相同的結(jié)構(gòu)，均由半導(dǎo)體激光器疊陣或半導(dǎo)體激光器陣列組成；
[0038]光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R具有相同的結(jié)構(gòu)，且光導(dǎo)管L位于LD栗浦模塊L與一維波導(dǎo)諧振腔的栗浦窗口 L之間，光導(dǎo)管R位于LD栗浦模塊R與一維波導(dǎo)諧振腔的栗浦窗口 R之間；栗浦光由LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R發(fā)出，分別經(jīng)過(guò)光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R匯聚勻化之后進(jìn)入一維波導(dǎo)諧振腔；
[0039]其中，LD栗浦模塊L和LD栗浦模塊R、光導(dǎo)管L和光導(dǎo)管R均相對(duì)于一維波導(dǎo)諧振腔對(duì)稱放置；以及
[0040]LD栗浦模塊L與LD栗浦模塊R的各半導(dǎo)體激光器疊陣或線陣擺放于以各自方向的一維波導(dǎo)腔的栗浦窗口為中心的球面上，方向指向所述栗浦窗口。
[0041 ]作為優(yōu)選，一維波導(dǎo)諧振腔采用非穩(wěn)-波導(dǎo)混合腔結(jié)構(gòu)。
[0042]作為優(yōu)選，該DPAL激光器輸出的栗浦光的波長(zhǎng)與一維波導(dǎo)諧振腔內(nèi)堿金屬原子的nPi/2—nSi/2躍迀對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相同，栗浦光的線寬與一維波導(dǎo)諧振腔的堿金屬蒸氣室內(nèi)緩沖氣體加寬后的堿金屬原子的nS1/2—nP3/2躍迀譜線線寬相匹配。
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