CN101710669B - 双输出端面泵浦全固态激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器，特别是一种双输出端面泵浦全固态激光器。它包含两个泵浦源、直线型谐振腔、两个二相色镜和两个增益介质，其中，所述的第一个和第二个二相色镜分别设在所述的第一和第二泵浦源的输出泵浦光路上，并与所在的输出泵浦光路呈一定夹角，使二相色镜对泵浦光的折射光路与谐振腔中的谐振光路两两重合，所述的第一和第二增益介质设在所述的第一个和第二个二相色镜之间所在的直线型谐振光路上。其目的是为了设计一种可以同时输出两束激光光束且功率相等的双输出端面泵浦全固态激光器。与现有技术相比，具有激光光束输出物理参数一致，输出功率大，实用性强，光束质量好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光器，特别是一种双输出端面泵浦全固态激光器。
背景技术
二极管泵浦全固态激光器是指用激光二极管代替闪光灯泵浦固体激光器增益介质的激光器，它集成了二极管激光器和固体激光器的优势于一体，具有转换效率高，器件结构紧凑，体积小，寿命长，可靠性高，结构牢固，光束质量好等特点。
端面泵浦方式是沿着激光晶体的端面进行泵浦，是激光二极管泵浦固体激光器常用的一种泵浦方式，其激光增益介质是固体介质，能掺杂高浓度离子，从而使激光介质内易形成高功率密度激光光子，具有较高的光光转换效率，较低的激光输出阈值。在端面泵浦全固态激光器中，二极管激光输出的激光光束通过耦合光纤和光学聚焦***后，沿着激光增益介质通光方向进入到激光介质，与谐振腔内的谐振光束重叠在一起，可得到良好的光束模式匹配，以其能够最大的利用激光二极管输出的能量，这样既提高激光器整体转换效率，又可以提高输出光的光束质量。
在一些端面泵浦激光器的实际工业应用中，需要在同一个激光器中输出两束功率相同的激光光束。如在工业激光打标中，当需要一次对两个产品同时进行相同标记的时候，或者在一个较大的面积上进行标刻的时候，传统的输出一束激光显然不能满足上述要求，常规的方法是在一个二极管激光器端面泵浦全固态激光器光束的前端，额外加一个装置，即所谓的光学分光器，用光学分光器将一束激光分成两束光束，然后再进行使用。但这样做就会在分光的过程中不可避免的会损耗激光输出能量，同时也会使原有的好的激光输出光斑模式变差。由于分光效果不佳，将导致两束激光光束功率不同，输出光的光斑大小不等，偏振方向亦有所改变。
发明内容
本发明的目的是设计一种可以同时输出两束激光光束且功率相等的双输出端面泵浦全固态激光器。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术解决方案：一种双输出端面泵浦全固态激光器，其特征在于它包含第一泵浦源、第二泵浦源、谐振腔、第一个二相色镜、第二个二相色镜、第一增益介质和第二增益介质，其中，所述的谐振腔由两个相对平行设置的平面输出耦合镜构成，所述谐振腔的谐振光路为直线型，所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜分别设在所述的第一泵浦源和第二泵浦源的输出泵浦光路上，并与所在的输出泵浦光路呈一定夹角，使二相色镜对泵浦光起折射作用，所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜设置方向呈90°夹角，所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜的折射光路与谐振腔中的谐振光路两两重合，所述的第一增益介质和第二增益介质设在所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜之间所在的直线型谐振光路上。
所述的平面输出耦合镜最佳输出透过率为20％。
所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜分别与所在的泵浦光路运行方向呈45°夹角，二相色镜两侧镀制有谐振光增透介质膜，二相色镜与泵浦光相对的一侧镀制有泵浦光全反膜。
为了达到上述目的，本发明还可以采用以下另一种技术解决方案：一种双输出端面泵浦全固态激光器，其特征在于它包含第一泵浦源、第二泵浦源、谐振腔、第一增益介质和第二增益介质，其中，所述的谐振腔由设置在同一水平线上的第一平面输出耦合镜、第二平面输出耦合镜、第一个二相色镜和第二个二相色镜构成，所述谐振腔的谐振光路为“U”型，所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜设在“U”型谐振光路的转折点处，并与所在的谐振光路呈一定夹角，使二相色镜对谐振光起折射作用，所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜设置方向呈90°夹角，所述的第一增益介质和第二增益介质设在所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜之间所在的谐振光路上，所述的第一泵浦源和第二泵浦源的输出泵浦光路与所述的第一增益介质和第二增益介质所在的谐振光路相重合。
所述的平面输出耦合镜最佳输出透过率为20％。
所述的第一个二相色镜和第二个二相色镜分别与所在的谐振光路运行方向呈45°夹角，二相色镜两侧镀制有泵浦光增透介质膜，二相色镜与谐振光相对的一侧还镀制有谐振光全反膜。
由于本发明的全固态激光器特点是无全返镜，构成谐振腔的两个腔镜可采用透过率相等的输出耦合镜，输出的两束激光光束由同一个谐振腔产生，因此其输出的功率不仅相等，而且偏振方向、输出光束半径和发散角也完全相同。同时，通过同步调节两个输出耦合镜的输出透过率，保证谐振腔内有足够的光子能量来保证足够的增益，以持续输出激光。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本实施例1结构原理示意图。
图2为本实施例2结构原理示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本实施例1包含第一泵浦源8、第二泵浦源7、谐振腔、第一个二相色镜2、第二个二相色镜5、第一增益介质3和第二增益介质4，其中，所述的谐振腔由两个相对平行设置的平面输出耦合镜1、6构成，所述的谐振腔的谐振光路为直线型，所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5分别设在所述的第一泵浦源8和第二泵浦源7的输出泵浦光路上，并与所在的输出泵浦光路呈一定夹角，使二相色镜对泵浦光起折射作用，所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5设置方向呈90°夹角，所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5的折射光路与谐振腔中的谐振光路两两重合，所述的第一增益介质3和第二增益介质4设在所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5之间所在的直线型谐振光路上。
所述的平面输出耦合镜1、6最佳输出透过率为20％。一般如果输出耦合镜输出透过率过大会增大其激光器输出阈值；如果过小，在输出同等功率的激光的同时，谐振腔内的光子密度过大，在需要脉冲输出时，给调Q器件锁光增大难度，并且对长时间稳定运行也有一定影响。这里有两个输出耦合镜，因此单个输出耦合镜的输出透过率不能过大，输出透过率为20％为我们得到的最佳值。
所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5分别与所在的泵浦光路运行方向呈45°夹角，二相色镜两侧镀制有谐振光增透介质膜，二相色镜与泵浦光相对的一侧镀制有泵浦光全反膜。
二相色镜两侧镀制谐振光增透介质膜，使谐振光在谐振腔内谐振运行过程中，通过二相色镜时，减小谐振光在二相色镜的两个表面反射或散射的效应造成的能量损失，降低激光器阈值，提高其输出功率。
另外二相色镜靠近泵浦光一侧还要镀制45°角度的情况下泵浦光的全反膜，以改变泵浦光的运行方向，以使得泵浦光方向在改变45°后与晶体通光方向同线，顺利进入激光增益晶体。
工作时，由第一泵浦源8和第二泵浦源7同时输出功率相等、光斑大小为0.4mm、能量均匀的两束泵浦光，然后同时经二相色镜2、5反射改变90°后进入到增益介质，两块相同的增益介质3、4吸收相同的泵浦光能量后分别产生荧光辐射，辐射产生的荧光在两输出耦合镜组成的激光谐振腔之间的光路中来回振荡，谐振光在分别通过两个增益介质时，产生更强烈受激辐射，谐振腔内谐振的光子数超过其本身的输出阈值时候，一部分谐振激光分别同时通过输出耦合镜1、6，输出波长为1064nm的两束激光光束，两束激光光束输出功率大小相等，偏振方向相同，输出光束半径和发散角也完全相同。随着泵浦光能量的增加，两束物理参数相同的激光光束的功率亦同时同步增加。
实施例2：
如图2所示，本实施例2包含第一泵浦源8、第二泵浦源7、谐振腔、第一增益介质3和第二增益介质4，其中，所述的谐振腔由设置在同一水平线上的第一平面输出耦合镜1、第二平面输出耦合镜6、第一个二相色镜2和第二个二相色镜5构成，所述的谐振腔的谐振光路为“U”型，所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5设在“U”型谐振光路的转折点处，所述的第一增益介质3和第二增益介质4设在所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5之间所在的谐振光路上，所述的第一泵浦源8和第二泵浦源7的输出泵浦光路与所述的第一增益介质3和第二增益介质4所在的谐振光路相重合。
所述的平面输出耦合镜1、6最佳输出透过率为20％。
所述的第一个二相色镜2与所在的泵浦光路运行方向呈45°夹角，所述的第二个二相色镜5与所在的泵浦光路运行方向呈45°夹角，二相色镜两侧镀制有谐振光增透介质膜，二相色镜与泵浦光相对的一侧镀制有泵浦光全反膜。
所述的第一个二相色镜2和第二个二相色镜5分别与所在的谐振光路运行方向呈45°夹角，二相色镜两侧镀制有泵浦光增透介质膜，二相色镜与谐振光相对的一侧还镀制有谐振光全反膜。
二相色镜镀制谐振光全反膜，目的是使谐振光在谐振腔内谐振时，改变谐振光运行方向，又让谐振光在此处无能量损耗，使得腔内谐振光运行由直线变为折叠型，使光路中各个光学元件更加紧凑，以减小激光器整体长度。
二相色镜两侧镀制泵浦光增透介质膜，使泵浦光在进入增益介质前，能使泵浦光大部分能量通过二相色镜，减小其泵浦光能量在此处的损耗，最大限度的进入增益介质。
工作时，由第一泵浦源8和第二泵浦源7同时输出功率相等、光斑大小为0.4mm、能量均匀的两束泵浦光，然后同时通过第一个二相色镜2和第二个二相色镜5后进入到增益介质，两块相同的增益介质3、4吸收相同的泵浦光能量后分别产生荧光辐射，辐射产生的荧光在两输出耦合镜1、6和二相色镜2、5组成的激光谐振腔的“U”型光路中来回振荡，谐振光在分别通过两个增益介质时，产生更强烈受激辐射，谐振腔内谐振振荡的光子数超过其本身的输出阈值时候，一部分谐振激光分别同时通过输出耦合镜1、6，输出波长为1064nm的两束激光光束，两束激光光束输出功率大小相等，偏振方向相同，输出光束半径和发散角也完全相同。随着泵浦光能量的增加，两束物理参数相同的激光光束的功率亦同时同步增加。
综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、激光光束输出物理参数一致。由于输出的两束激光光束由同一个谐振腔产生，其输出的功率不仅相等，而且偏振方向、输出光束半径和发散角也完全相同。
2、输出功率大，实用性强。由于采用双泵浦***，激光器的整体泵浦输入功率得到增加，使两束相同的激光束中的任何一束光束的输出功率都不小于传统单端面泵浦激光器所输出的功率，单束光束输出功率大，实用性强。
3、光束质量好。由于采用双晶体结构，缓解了激光器本身的热透镜效应，进而改善激光器输出光的光束质量，使得激光器在输出较大功率的同时，还具备良好的光束质量。
Claims (3)
1.一种双输出端面泵浦全固态激光器，其特征在于它包含第一泵浦源(8)、第二泵浦源(7)、谐振腔、第一个二相色镜(2)、第二个二相色镜(5)、第一增益介质(3)和第二增益介质(4)，其中，所述的谐振腔由两个相对平行设置的平面输出耦合镜(1、6)构成，所述谐振腔的谐振光路为直线型，所述的第一个二相色镜(2)和第二个二相色镜(5)分别设在所述的第一泵浦源(8)和第二泵浦源(7)的输出泵浦光路上，并与所在的输出泵浦光路呈一定夹角，使二相色镜对泵浦光起折射作用，所述的第一个二相色镜(2)和第二个二相色镜(5)设置方向呈90°夹角，所述的第一个二相色镜(2)和第二个二相色镜(5)的折射光路与谐振腔中的谐振光路两两重合，所述的第一增益介质(3)和第二增益介质(4)设在所述的第一个二相色镜(2)和第二个二相色镜(5)之间所在的直线型谐振光路上。
2.根据权利要求1所述的双输出端面泵浦全固态激光器，其特征在于所述的平面输出耦合镜(1、6)输出透过率为20％。
3.根据权利要求2所述的双输出端面泵浦全固态激光器，其特征在于所述的第一个二相色镜(2)和第二个二相色镜(5)分别与所在的泵浦光路运行方向呈45°夹角，二相色镜两侧镀制有谐振光增透介质膜，二相色镜与泵浦光相对的一侧还镀制有泵浦光全反膜。
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