CN102891431A - 一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器 - Google Patents

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柳强
黄磊
陈海龙
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Abstract

一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，包括两个泵浦源，每个泵浦源所发出的泵浦光均通过一个耦合***进行整形后再分别输入至激光增益介质的两端，激光从激光增益介质的一端射入，另一端射出，激光的射入端设置后腔镜，后腔镜上镀有对激光高反射的薄膜，在激光的射出端设置输出镜，输出镜上镀有对激光具有一定透过率的薄膜，本发明固体激光器泵浦光和激光在激光增益介质中的空间分布可以通过耦合***和腔镜来分别控制，在满足泵浦光束腰大于激光基模束腰的条件下，无需加入额外的光学元件，就可以获得圆环状分布的激光输出。

Description

一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器
技术领域
本发明属于激光器技术领域，涉及一种激光器，特别涉及一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器。
背景技术
圆环状激光为一种非基模的，空间分布呈现轴向对称且中心光强弱、边缘光强强的激光。圆环状激光在焦点附近功率密度的分布基本均匀，可以采用较大尺度的飞行光学加工***，配以五轴联动的数控***可进行较大范围的三维激光切割和焊接等。
近年来固体激光器由于其结构紧凑、效率高、性能稳定等优点，尤其在激光切割、刻蚀和焊接以及微电子加工等工业领域具有非常重要的应用。然而，目前获得圆环状激光的方法主要是基于CO2激光器。为了获得轴向对称分布的圆环状激光，通常要在CO2激光器的谐振腔内***轴向对称的光学元件，例如圆锥形的后腔镜或者圆锥形的布儒斯特窗口。但是，这种方法会引入诸如效率下降和偏振选择性恶化等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，该激光器具有输出圆环状激光，结构简单，实用性强的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，包括两个泵浦源1，每个泵浦源1所发出的泵浦光6均通过一个耦合***3进行整形后再分别输入至激光增益介质5的两端，激光7从激光增益介质5的一端射入，另一端射出，激光7的射入端设置后腔镜8，后腔镜8上镀有对激光高反射的薄膜，在激光7的射出端设置输出镜9，输出镜9上镀有对激光具有一定透过率的薄膜。
所述泵浦源1为光纤耦合半导体激光器或者准直输出半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦或者侧面泵浦。
还包括斜置在泵浦光6和激光7光路上的双色镜4，双色镜4对泵浦光6高透射，对激光7高反射，所述泵浦光6经耦合***3整形后，再经双色镜4透射然后输入到激光增益介质5，激光7经双色镜4反射后输入到激光增益介质5。
所述耦合***3对泵浦源1发出的泵浦光6进行整形使泵浦光6在空间上具有均匀的发散角和轴对称的光斑分布。
所述泵浦源1的发射谱与所述激光增益介质5的吸收谱匹配。
所述激光增益介质5由至少一块掺杂激光晶体组成，所述激光晶体包含一个或多个掺杂区域。
所述激光增益介质5为Nd:YVO4晶体。
所述泵浦光6和激光7在激光增益介质5的入射面为长方形。
该固体激光振荡器的腔型为直腔、折叠腔或者环形腔，或者在激光晶体的表面直接镀膜作为谐振腔的腔镜。
在激光7的射出端设置周期性损耗调制器件10，射出光通过周期性损耗调制器件10获得脉冲激光输出后再入射至输出镜9，所述周期性损耗调制器件10为主动和被动调Q装置。
本发明提出的固体激光器，泵浦光和激光在激光增益介质中的空间分布可以通过耦合***和腔镜来分别控制，在满足泵浦光束腰大于激光基模束腰的条件下，无需加入额外的光学元件，就可以获得圆环状分布的激光输出。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图。
图2是针对实施例，表面泵浦光与激光在激光增益介质里面分布的示意图。
图3是本发明中间键合后掺杂区域结构示意图。
图4是图3中B－B剖面的矩形横截面示意图。
图5是图3中B－B剖面的圆形横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明提供的可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器的一个实施例。泵浦源1输出的泵浦光6通过尾纤2传导至耦合***3，双色镜4对泵浦光6高透射，对激光7高反射，泵浦光6通过耦合***3整形，耦合***3由几片透镜组合而成的，能将泵浦光6整形成在空间上具有均匀的发散角和轴对称的光斑分布，整形后的泵浦光6经双色镜4注入激光增益介质5内，激光增益介质5的中心为束腰部分。激光振荡器的谐振腔由后腔镜8和输出镜9及双色镜4构成，腔内的脉冲调制器件10用来周期性改变腔内损耗，产生脉冲输出。振荡器的激光增益介质5为Nd:YVO4晶体，其受吸收系数大，激发受激射截面大，激光上能级寿命小，因此可以有较大的增益，易于高重复频率运转，同时其为双折射晶体，可以得到偏振输出。
针对该实施例，图2表示泵浦光与基模激光在激光增益介质里面分布的示意图。泵浦光6的束腰大于激光7的基模束腰，导致在半径大于激光7基模束腰的区域有大量反转粒子束无法被激光提取，振荡出非基模的激光。同时，光纤耦合输出的泵浦光6本身就是轴向对称分布的，振荡输出的激光7也呈现出轴向对称分布。从而，可以获得非基模的，轴向对称的且中心强、边缘强的激光输出。
上述实施例中，激光增益介质5由固体激光材料构成，其横截面采用长方形或者正方形，腔内激光7的束腰位于激光增益介质5的中心。激光增益介质5由至少一块掺杂激光晶体组成，激光晶体可以包含一个或多个掺杂区域，如图3所示，在激光增益介质5的中心部分包括一个掺杂区域17，四周为未掺杂材料。掺杂区域17的横截面可以是矩形（如图4所示），或者圆形（如图5所示），还可以是其它形状。其中激光振荡器的激光增益介质5还可以是光纤。
本发明腔内激光7的束腰位于激光增益介质5的中心，并且束腰的光斑大小受到后腔镜8和输出镜9到激光增益介质5的距离影响，因而通过调节后腔镜8和输出镜9，就可以实现腔内激光束腰的大小调节。
利用本发明获得呈圆环状分布的激光输出的两种途径：
通过调整所述耦合***3控制泵浦光6来调整激光增益介质5中的束腰大小和束腰位置，使所述激光增益介质5中所述泵浦光6的束腰大于激光7的基模束腰，以获得一种呈圆环状分布的激光输出。
通过调整所述腔镜，可以控制所述激光7在所述激光增益介质5中的基模束腰大小和基模束腰位置，使所述激光增益介质5中所述激光7的基模束腰小于所述泵浦光6的束腰，以获得一种呈圆环状分布的激光输出。
上述实施例中激光振荡器可采用各种腔型的激光器，如直腔、折叠腔、环形腔等，可采用半导体激光器、闪光灯等各种泵浦源和各种泵浦方式。这里选用直腔和半导体激光器端面泵浦方式只是作为本发明的一个方便说明的实施例。

Claims (10)

1.一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，其特征在于，包括两个泵浦源（1），每个泵浦源（1）所发出的泵浦光（6）均通过一个耦合***（3）进行整形后再分别输入至激光增益介质（5）的两端，激光（7）从激光增益介质（5）的一端射入，另一端射出，激光（7）的射入端设置后腔镜（8），后腔镜（8）上镀有对激光高反射的薄膜，在激光（7）的射出端设置输出镜（9），输出镜（9）上镀有对激光具有一定透过率的薄膜。
2.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述泵浦源（1）为光纤耦合半导体激光器或者准直输出半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦或者侧面泵浦。
3.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，还包括斜置在泵浦光（6）和激光（7）光路上的双色镜（4），双色镜（4）对泵浦光（6）高透射，对激光（7）高反射，所述泵浦光（6）经耦合***（3）整形后，再经双色镜（4）透射然后输入到激光增益介质（5），激光（7）经双色镜（4）反射后输入到激光增益介质（5）。
4.根据权利要求1或3所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述耦合***（3）对泵浦源（1）发出的泵浦光（6）进行整形使泵浦光（6）在空间上具有均匀的发散角和轴对称的光斑分布。
5.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述泵浦源（1）的发射谱与所述激光增益介质（5）的吸收谱匹配。
6.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述激光增益介质（5）由至少一块掺杂激光晶体组成，所述激光晶体包含一个或多个掺杂区域。
7.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述激光增益介质（5）为Nd:YVO4晶体。
8.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述泵浦光（6）和激光（7）在激光增益介质（5）的入射面为长方形。
9.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，该固体激光振荡器的腔型为直腔、折叠腔或者环形腔，或者在激光晶体的表面直接镀膜作为谐振腔的腔镜。
10.根据权利要求1所述的固体激光振荡器，其特征在于，在激光（7）的射出端设置周期性损耗调制器件（10），射出光通过周期性损耗调制器件（10）获得脉冲激光输出后再入射至输出镜（9），所述周期性损耗调制器件（10）为主动和被动调Q装置。
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