CN101237117A - 一种ld泵浦的固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LD泵浦的固体激光器，包括LD泵浦光源、泵浦耦合透镜、激光谐振腔，激光谐振腔包括激光晶体，或者还包含除激光晶体以外的光学元件，其中激光谐振腔的激光入射面镀有激光腔前腔镜膜系，在泵浦光进入激光晶体前的界面上镀泵浦光的增透膜，激光谐振腔的激光出射面镀有激光腔后腔镜膜系，在泵浦光射出激光晶体后的界面上镀泵浦光的高反射膜，采用以上方案，通过对激光谐振腔界面镀上特定的膜系，实现对泵浦光的双程充分吸收，降低了阈值，提高了转换效率。

Description

一种LD泵浦的固体激光器

技术领域  本发明涉及激光领域，尤其涉及一种LD泵浦的固体激光器。

技术背景  在绿光激光器的应用领域中，如建筑测量、Laser Point、微型化的激光显示中，都需要光斑模式好、效率高、功耗小以及成本低的激光器，特别在激光显示应用中，对激光器的功耗、阈值要求特别高，同时对其尺寸大小也有严格的限制。普通LD的发散角在两个方向上差别特别大，通常为了优化泵浦光模式，提高效率、降低功耗，需要对泵浦光整形，这就导致了激光器体积大、价格高的缺点。目前普遍存在的采用LD泵浦的微片式倍频激光器，其LD输出光是不经过整形的，为了增加激光晶体对泵浦光的吸收，通常通过增加激光晶体的厚度或者是提高掺杂浓度，但这样存在一些明显的问题，比如激光晶体加长，泵浦光在激光晶体里聚焦后，  实际上由于泵浦光发散角大，泵浦光会很快发散，光斑在激光晶体后端变得很大，相应的泵浦光密度很小，已经没有太大的作用；另外，晶体加长和提高掺杂浓度后，通常会导致吸收加强，即腔内损耗增加，如此会降低激光输出功率。并且多数激光晶体由于浓度高会产生淬灭效应或者吸收损耗增大，因此激光晶体的浓度不可能做得太高。

发明内容  发明目的是提供一种光斑模式好、效率高、功耗小以及成本低的LD泵浦的固体激光器，尤其是LD泵浦的微片式固体激光器。

本发明采用以下技术方案：固体激光器包括LD泵浦光源、泵浦耦合透镜、激光谐振腔，激光谐振腔包括激光晶体，或者还包含除激光晶体以外的光学元件，其中激光谐振腔的激光入射面镀有激光腔前腔镜膜系，在泵浦光进入激光晶体前的界面上镀泵浦光的增透膜，激光谐振腔的激光出射面镀有激光腔后腔镜膜系，在泵浦光射出激光晶体后的界面上镀泵浦光的高反射膜。

上述的除激光晶体以外的光学元件指非线性晶体、调制器件、选模器件或其中一种以上元件组合。

本发明采用以上方案，通过对激光谐振腔界面镀上特定的膜系，实现对泵浦光的双程充分吸收，降低了阈值，提高了转换效率；尤其对于增益系数较低的非中心波长带，有效地增加吸收达到振荡阈值，充分拓宽了泵浦光的可利用带宽；同时，弥漫的多次泵浦反射光也有助于激光晶体的吸收热效应在一定程度上趋于均匀，使得泵浦光在激光晶体得到有效的吸收转换，由此提高激光腔整体效率。特别适用于LD泵浦光没有整形的微片式倍频激光器。

附图说明  现结合附图对本发明做进一步阐述：

图1是本发明固体激光器之一的光学结构图示意图；

图2是本发明固体激光器之二的光学结构图示意图；

图3是本发明固体激光器之三的光学结构图示意图。

具体实施方式  请参阅图1所示，本发明包括LD泵浦光源1、泵浦耦合透镜2、激光谐振腔3，激光谐振腔3可以采用分立式激光腔或微片式激光腔，激光谐振腔3包括激光晶体31，激光晶体31选取的掺杂浓度和长度，使得其有利于泵浦光的二次吸收，形成稳定的热透镜；其中激光晶体31的泵浦光入射面镀有激光腔前腔镜膜系4，其包括泵浦光的增透膜，激光晶体31的激光出射面镀有激光腔后腔镜膜系5，其包括泵浦光的高反射膜8；第一次入射到激光晶体31里的泵浦光6；被高反射膜8反射第二次进入激光晶体31的泵浦光7。当需要不同波长输出的激光器时，激光晶体31选用的材料就不同，如激光晶体31为Nd:YVO4，可用于LD泵浦波长为808nm的1064nm激光器。

设激光晶体31的长度为l，其对泵浦光的吸收系数为α，泵浦光的平均发散角为θ，因为一般来说，较高功率的LD的光斑模式都为高阶横模，为简化计算，假设其能量为均匀分布，激光腔前腔镜膜系4中泵浦光的增透膜的透射率设为100％，激光腔后腔镜膜系5中泵浦光的高反膜的反射率为R。作为一种简化的特例，假设泵浦光的聚焦点S恰好在激光晶体31的前端面即为激光腔前腔镜膜系4的面上，泵浦光功率设为I。在上述的激光晶体31中泵浦光的平均功率密度应为：

$I_{p2}=\frac{1-e^{-\mathrm{\α}*2l}}{\mathrm{\π}*{(\mathrm{\θ}*l)}^2}+\frac{3*(1-e^{-\mathrm{\α}*l})}{\mathrm{\π}*{(\mathrm{\θ}*l)}^2}=I_{p1}+{\mathrm{\ΔI}}_p$

而往常只有一次吸收情况下，为了让泵浦光吸收彻底，也为了让这两种情况下晶体吸收长度相对，更好的比较，设晶体长度为2l，在激光晶体中泵浦光的平均功率密度应为：

$I_{p1}=\frac{1-e^{-\mathrm{\α}*2l}}{\mathrm{\π}*{\left(\frac{\mathrm{\θ}*2l}{2}\right)}^2}=\frac{1-e^{-\mathrm{\α}*2l}}{\mathrm{\π}*{(\mathrm{\θ}*l)}^2}$

由于ΔI_p＞0，所以本发明激光晶体31中泵浦光的平均功率密度大于往常的，有利于充分提高泵浦光的有效利用率。

请参阅图2所示，本发明包括LD泵浦光源1、泵浦耦合透镜2、激光谐振腔3，激光谐振腔3包括激光晶体31，激光晶体31选取的掺杂浓度和长度，使得其有利于泵浦光的二次吸收，形成稳定的热透镜；还包含除激光晶体31以外的光学元件32，其中激光谐振腔3的泵浦光入射面镀有激光腔前腔镜膜系4，在泵浦光进入激光晶体31前的任意界面上镀泵浦光的增透膜，激光谐振腔3的激光出射面镀有激光腔后腔镜膜系5，在泵浦光射出激光晶体31后的任意界面上可以镀泵浦光的高反射膜8；第一次入射到激光晶体31里的泵浦光6；被高反射膜8反射第二次进入激光晶体31的泵浦光7。除激光晶体31以外的光学元件32指非线性晶体、调制器件、选模器件等元件或其中一种以上元件的组合等，其为倍频晶体时，可用于倍频激光器，比如激光晶体31选Nd:YVO4，除激光晶体31以外的光学元件32选倍频晶体KTP，则该结构就将输出532nm的LD泵浦腔内倍频激光器。

请参阅图3所示，本发明包括LD泵浦光源1、泵浦耦合透镜2、激光谐振腔3，激光谐振腔3包括激光晶体31，激光晶体31选取的掺杂浓度和长度，使得其有利于泵浦光的二次吸收，形成稳定的热透镜；还包含除激光晶体31以外的光学元件32、33，其中激光谐振腔3的泵浦光入射面镀有激光腔前腔镜膜系4，在泵浦光进入激光晶体31前的任意界面上可以镀泵浦光的增透膜，激光谐振腔3的激光出射面镀有激光腔后腔镜膜系5，在泵浦光射出激光晶体31后的任意界面上可以镀泵浦光的高反射膜8；第一次入射到激光晶体31里的泵浦光6；被高反射膜8反射第二次进入激光晶体31的泵浦光7。除激光晶体31以外的光学元件32包括倍频晶体等，除激光晶体31以外的光学元件33指非线性晶体、调制器件、选模器件等元件或其中一种以上元件的组合等，当除激光晶体31以外的光学元件32为倍频晶体，可用于倍频激光器，当除激光晶体31以外的光学元件33为不同的非线性晶体、调制器件、选模器件等元件或其中一种以上元件的组合等，可用于其它不同的功能的激光器。

上述的本发明结构中，激光晶体31由一块晶体或由多块晶体构成，由多块晶体构成时，泵浦光的高反射膜可镀在泵浦光射出各激光晶体31后的界面上。各光学元件表面所镀的膜系，可根据具体需要优化设计指标，以有效地进行调节控制。

Claims (4)

1、一种LD泵浦的固体激光器，包括LD泵浦光源、泵浦耦合透镜、激光谐振腔，激光谐振腔包括激光晶体，或者还包含除激光晶体以外的光学元件，其特征在于：激光谐振腔的激光入射面镀有激光腔前腔镜膜系，在泵浦光进入激光晶体前的界面上镀泵浦光的增透膜，激光谐振腔的激光出射面镀有激光腔后腔镜膜系，在泵浦光射出激光晶体后的界面上镀泵浦光的高反射膜。

2、根据权利要求1所述的一种LD泵浦的固体激光器，其特征在于：其激光晶体选取的掺杂浓度和长度，使得其有利于泵浦光的二次吸收，形成稳定的热透镜。

3、根据权利要求1所述的一种LD泵浦的固体激光器，其特征在于：除激光晶体以外的光学元件指非线性晶体、调制器件、选模器件或其中一种以上元件组合。

4、根据权利要求1所述的一种LD泵浦的微片式激光器，其特征在于：激光晶体由一块晶体或由多块晶体构成，由多块晶体构成时，泵浦光的高反射膜可镀在泵浦光射出第一块激光晶体后的界面上。

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