CN102856785A - 一种端面与侧面复合泵浦的装置及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端面与侧面复合泵浦的装置及激光器，装置包括：两个光纤耦合激光二极管LD模块、两个传导光纤、两个光学聚焦***、一个LD侧面泵浦模块和一个激光晶体；其中，两个所述光纤耦合LD模块发射的激光分别经过所述传导光纤和所述光学聚焦***后分别照射在所述激光晶体的两个端面上；所述LD侧面泵浦模块发射的激光对所述激光晶体侧面进行泵浦。本发明装置能够既充分利用端面泵浦技术光转换效率高、光束质量好的特点，同时又可利用侧面泵浦技术大模体积、易于实现高功率激光输出的优势，从而使得采用这一复合泵浦技术后，LD泵浦固体激光器可以高效率、高光束质量的实现高功率激光输出。

Description

一种端面与侧面复合泵浦的装置及激光器

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种端面与侧面复合泵浦的装置及激光器。

背景技术

一般二极管泵浦固体激光器***中，激光二极管（LD，Laser Diode）对激光晶体的泵浦方式主要有两种：端面泵浦结构和侧面泵浦结构。

在LD端面泵浦结构中，LD辐射的激光光束通常经过光学透镜、光锥棱镜或传导光纤等光学***整形后，照射在激光晶体的通光端面，在其端面部位产生与激光器谐振腔同轴的增益区域。图1A~图1C描绘了端面泵浦结构中将二极管的激光辐射输出输送到激光晶体的几种主要结构，其分别通过一个光学成像***、一个传导光纤或一个非成像聚焦***就能完成这种能量输送。

在LD侧面泵浦结构中，LD辐射的激光通常垂直于激光的谐振腔轴，直接照射或者通过导光元件传输后照射于激光晶体的侧表面，在激光晶体内产生大面积的增益区域。图2A、图2B描绘了两种典型的侧面泵浦结构。

但是，LD端面泵浦和侧面泵浦在设计结构上的明显差异，使得两种泵浦结构具有各自不同的技术特点和应用领域。

LD端面泵浦结构中，LD辐射光束从激光晶体端面入射，大大降低了泵浦光束的耦合损耗，同时，由于该种泵浦结构在晶体端面产生的增益区域有限，使得激光晶体可以在较小的泵浦区域内具有很高的光增益，这为激光器的高效率能量提取和高光束质量输出提供了良好条件；但是，相对较小的增益区域也带来端面畸变严重、输出功率受限等缺点。因而，LD端面泵浦结构常适用于中小功率的激光器。

LD侧面泵浦结构中，LD辐射光束垂直于激光晶体的光轴入射，即与激光器谐振腔轴线垂直，该泵浦方式的优点是在晶体内可产生大而均匀增益区域，为高功率的激光产生提供了基础，常应用于高功率激光器中，但缺点是输出激光的光束质量差和能量提取效率低。

针对目前固体激光器泵浦结构存在的缺点和不足，提出了一种新型的二极管泵浦装置，该装置的应用可以使固体激光器在产生高功率激光的同时，满足高光束质量的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种端面与侧面复合泵浦的装置及激光器，用以解决现有技术中固体激光器在产生高功率激光的同时不能满足高光束质量要求的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种端面与侧面复合泵浦的装置，包括：两个光纤耦合激光二极管LD模块、两个传导光纤、两个光学聚焦***、一个LD侧面泵浦模块和一个激光晶体；其中，一个所述光纤耦合LD模块发射的激光经过一个所述传导光纤和一个所述光学聚焦***后照射在所述激光晶体的一个端面上；另一个所述光纤耦合LD模块发射的激光经过另一个所述传导光纤和另一个所述光学聚焦***后照射在所述激光晶体的另一个端面上；所述LD侧面泵浦模块发射的激光对所述激光晶体侧面进行泵浦。

进一步，所述光纤耦合LD模块内部包含一组或多组LD巴条，经过内部的光学***整形后汇聚入传导光纤的一端，在传导光纤的另一端输出；光学聚焦***与传导光纤输出端连接，使传导光纤输出的发散LD激光汇聚于激光晶体的端面上。

进一步，所述激光晶体中心部分为掺杂稀土离子的晶体圆棒，其长度与侧面泵浦模块的有效泵浦区域匹配，在所述晶体圆棒两端分别键合同基质的未掺杂晶体。

进一步，LD侧面泵浦模块包括结构支架及安装在结构支架上的多个水平阵列LD模块。

另一方面，本发明还提供一种包含有上述的端面与侧面复合泵浦装置的激光器，其中，在所述端面与侧面复合泵浦装置中加入谐振腔。

进一步，所述谐振腔包括：两个45°耦合镜、一个激光全反镜和一个激光输出镜；其中，两个45°耦合镜分别设置在光学聚焦***与激光晶体之间；所述激光全反镜设置在一个45°耦合镜下方，与该45°耦合镜成45°；所述激光输出镜设置在另一个45°耦合镜下方，与另一个45°耦合镜成45°。

进一步，所述45°耦合镜对二极管波段激光高透。

进一步，所述45°耦合镜对输出激光高反。

进一步，所述激光全反镜对输出激光全反。

进一步，所述激光输出镜对输出激光波段部分透射。

本发明有益效果如下：

本发明装置能够既充分利用端面泵浦技术光转换效率高、光束质量好的特点，同时又可利用侧面泵浦技术大模体积、易于实现高功率激光输出的优势，从而使得采用这一复合泵浦技术后，LD泵浦固体激光器可以高效率、高光束质量的实现高功率激光输出。

附图说明

图1A是现有技术中LD通过光学成像***泵浦激光晶体的结构示意图；

图1B是现有技术中LD通过传导光纤泵浦激光晶体的结构示意图；

图1C是现有技术中LD通过非成像聚焦***泵浦激光晶体的结构示意图；

图2A是现有技术中LD辐射激光通过导光元件传输后照射于晶体侧面的结构示意图；

图2B是现有技术中LD辐射激光直接照射于晶体侧面的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种端面与侧面复合泵浦的装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中一种包含有端面与侧面复合泵浦装置的激光器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明实施例涉及固体激光器技术特别是二极管泵浦激光技术中必然涉及到的激光晶体的泵浦方式。二极管泵浦固体激光器技术是目前最主流的激光技术，其中重要的环节之一就是，激光晶体的泵浦技术方式，它对激光的高效、高光束质量、高功率、稳定输出起着决定性的作用。区别于常规单独采用的端面泵浦或侧面泵浦结构，基于提高二极管泵浦固体激光器的输出功率及光束质量，本发明实施例涉及一种端面与侧面泵浦相结合的复合泵浦结构装置，它结合了侧面泵浦和端面泵浦结构的优点，在激光晶体内不仅产生均匀的大体积增益分布，为腔内激光的能量提取提供基本条件，同时在晶体两端产生集中的增益区域，使光束特性较好的激光获得更多的增益，从而腔内实现激光模式的主动优选，该装置的运用不仅可以解决了LD侧面泵浦结构下光束质量差的缺点，同时，也解决了LD端面泵浦结构下功率输出功率提升受限的缺点，最终实现激光器的高光束质量、高功率输出。

如图3所示，本发明实施例涉及一种端面与侧面复合泵浦的装置，该装置包括：两个光纤耦合激光二极管LD模块1、两个传导光纤2、两个光学聚焦***3、一个LD侧面泵浦模块4和一支激光晶体5；其中，一个光纤耦合LD模块1发射的激光经过一个传导光纤2和一个光学聚焦***3后照射在激光晶体5的一个端面上；另一个光纤耦合LD模块1发射的激光经过另一个传导光纤2和另一个光学聚焦***3后照射在激光晶体5的另一个端面上；LD侧面泵浦模块4发射的激光对激光晶体5侧面进行泵浦。

光纤耦合LD模块1内部包含一组或多组LD巴条，经过内部的光学***整形后汇聚入传导光纤2的一端，然后在传导光纤2的另一端输出；光学聚焦***3与传导光纤2输出端连接，使传导光纤2输出的发散LD激光汇聚于激光晶体5的端面上。

激光晶体5由三部分组成，中心部分为掺杂稀土离子的晶体圆棒，其长度与侧面泵浦模块的有效泵浦区域匹配，在其两端分别键合同基质的未掺杂晶体。

LD侧面泵浦模块4主要由结构支架及安装在结构支架上的多个水平阵列LD模块，可从多个维度对激光晶体5侧面进行泵浦，在晶体内大体积的均匀增益分布。

包含有上述激光二极管（LD）端面与侧面复合泵浦装置的激光器结构如图4所示，在图3所示装置基础上，通过加入由两个45°耦合镜6、一个激光全反镜7和一个激光输出镜8组成的谐振腔，就构成了一个基本的激光器。其中，两个45°耦合镜6分别设置在光学聚焦***3与激光晶体5之间，一个激光全反镜7设置在一个45°耦合镜6下方，与该45°耦合镜6成45°；一个激光输出镜8设置在另一个45°耦合镜6下方，与另一个45°耦合镜6成45°。

其中45°耦合镜6对二极管波段激光高透（透射率≥99%），对输出激光高反（反射率≥99%）；激光全反镜7对输出激光全反，激光输出镜8对输出激光波段部分透射（输出激光透射率大于等于50%、且小于等于98%）。

激光器在工作状态下，复合泵浦装置中的LD侧面泵浦模块4泵浦激光晶体5中间的掺杂部分，在晶体内部产生大体积的增益区域，为高功率激光的输出提供基础；而光纤耦合LD模块1通过传导光纤2和光学聚焦***3后照射在激光晶体5的通光端面上，在激光晶体5内产生的小体积高增益区域，使低阶模激光在谐振腔内振荡过程中优先获得放大，同时又抑制了高阶模式激光的产生，最终实现高功率高光束质量的激光输出。

由上述实施例可以看出，本发明装置能够既充分利用端面泵浦技术光转换效率高、光束质量好的特点，同时又可利用侧面泵浦技术大模体积、易于实现高功率激光输出的优势，从而使得采用这一复合泵浦技术后，LD泵浦固体激光器可以高效率、高光束质量的实现高功率激光输出。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种端面与侧面复合泵浦的装置，其特征在于，包括：两个光纤耦合激光二极管LD模块、两个传导光纤、两个光学聚焦***、一个LD侧面泵浦模块和一个激光晶体；其中，一个所述光纤耦合LD模块发射的激光经过一个所述传导光纤和一个所述光学聚焦***后照射在所述激光晶体的一个端面上；另一个所述光纤耦合LD模块发射的激光经过另一个所述传导光纤和另一个所述光学聚焦***后照射在所述激光晶体的另一个端面上；所述LD侧面泵浦模块发射的激光对所述激光晶体侧面进行泵浦。

2.如权利要求1所述的端面与侧面复合泵浦的装置，其特征在于，所述光纤耦合LD模块内部包含一组或多组LD巴条，经过内部的光学***整形后汇聚入传导光纤的一端，在传导光纤的另一端输出；光学聚焦***与传导光纤输出端连接，使传导光纤输出的发散LD激光汇聚于激光晶体的端面上。

3.如权利要求1或2所述的端面与侧面复合泵浦的装置，其特征在于，所述激光晶体中心部分为掺杂稀土离子的晶体圆棒，其长度与侧面泵浦模块的有效泵浦区域匹配，在所述晶体圆棒两端分别键合同基质的未掺杂晶体。

4.如权利要求3所述的端面与侧面复合泵浦的装置，其特征在于，LD侧面泵浦模块包括结构支架及安装在结构支架上的多个水平阵列LD模块。

5.一种包含有权利要求1~4任一项所述的端面与侧面复合泵浦装置的激光器，其特征在于，在所述端面与侧面复合泵浦装置中加入谐振腔。

6.如权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述谐振腔包括：两个45°耦合镜、一个激光全反镜和一个激光输出镜；其中，两个45°耦合镜分别设置在光学聚焦***与激光晶体之间；所述激光全反镜设置在一个45°耦合镜下方，与该45°耦合镜成45°；所述激光输出镜设置在另一个45°耦合镜下方，与另一个45°耦合镜成45°。

7.如权利要求6所述的激光器，其特征在于，所述45°耦合镜对二极管波段激光高透。

8.如权利要求7所述的激光器，其特征在于，所述45°耦合镜对输出激光高反。

9.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述激光全反镜对输出激光全反。

10.如权利要求9所述的激光器，其特征在于，所述激光输出镜对输出激光波段部分透射。

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