CN105390917A - 紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，包括谐振腔、泵浦源、半波片、偏振分束器、光电探测器、耦合透镜、光纤以及准直镜组；所述谐振腔包括保罗棱镜、被动调Q晶体、激光晶体和输出镜；所述紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器沿激光的光路方向依次设置保罗棱镜、被动调Q晶体、激光晶体、输出镜、半波片、偏振分束器和光电探测器，所述泵浦源使用叠阵均匀设置在激光晶体的中心，偏振分束器将激光分出一束与所述光路相互垂直的分光路，所述分光路上的激光经过耦合透镜进入光纤，分光路的尽头设有准直镜组。本发明保证了***的稳定性，降低了光纤损坏的风险，并间接提升了光纤输出激光的峰值功率。

Description

紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器。
背景技术
如今脉冲激光器在很多领域都得到广泛应用，然而现有的脉冲激光器输出的峰值功率远远满足不了许多重要实际应用的要求。针对这一问题，一种解决方法是采用调Q技术。调Q技术又叫Q开关技术，是将一般输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。如今，调Q技术是获取兆瓦级峰值功率激光的重要手段。实现调Q的方法主要分为主动调Q和被动调Q。被动调Q无需高压、快速电光驱动器或射频调制器，据此技术开发的激光器往往设计简单紧凑、坚固且成本低。
然而，现有的被动调Q技术存在的缺陷是：但因无外部控制，性能的精确度不高，输出光束的稳定性较差，其输出的能量较主动调Q激光器要低。
空间光耦合进多模光纤的调试难度较大，更关键的是光纤夹具的设计，如端面保护、散热、稳定性等，以及空间光自身的稳定性，往往由于高峰值功率激光器自身的稳定性较差，尤其是机械结构上产生的形变，导致空间光耦合效率降低进而打坏光纤端面，使得激光器产品的稳定性得不到保障。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提高传统空间光耦合光纤输出激光的稳定性，同时降低了激光器调试的难度，并间接提升了传统空间光耦合光纤输出激光的峰值功率，提供一种紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器。
技术方案：一种紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，包括沿光路方向依次设置谐振腔、半波片、偏振分束器和光电探测器，谐振腔包括依次设置的保罗棱镜、被动调Q晶体、激光晶体和输出镜；所述偏振分束器将光分出一束分光路，分光路上的依次设有耦合透镜、光纤和准直镜组。
进一步的，保罗棱镜在其两个斜面上镀有高反射膜。
进一步的，保罗棱镜的两个斜面相交的线与水平面平行或垂直。
进一步的，谐振腔内还包括设置在保罗棱镜与被动调Q晶体之间的小孔光阑。
进一步的，被动调Q晶体采用Cr4+:YAG晶体。
进一步的，激光晶体为板条晶体，所述激光晶体采用布鲁斯特角切割。
进一步的，激光晶体的泵浦面镀有808nm的增透膜或镀有808nm和1064nm的增透膜。
进一步的，泵浦源使用叠阵均匀设置在激光晶体的中心，对激光晶体单个大面中心区域进行泵浦，激光在激光晶体内部沿zig-zag路径传输。
进一步的，半波片和偏振分束器的表面均镀有增透膜。
进一步的，耦合透镜为非球面透镜，耦合透镜表面镀有增透膜，激光经耦合透镜聚焦后耦合进光纤内。
有益效果：本发明采用了结构简单的被动调Q技术，同时采用保罗棱镜两个相交的斜面作为全反腔镜取代了传统的平面全反腔镜，使得激光器在一个维度上处于免调试状态，因此能够更为快捷地调试出激光，并且应用在工程机中可以抵消安装板在工作时产生的部分形变，从而保证在严峻的环境条件下腔的稳定性和***的可靠运转。在此基础上，由于谐振腔在一定程度上提升了稳定性后，降低了光纤损坏的风险，并间接提升了光纤输出激光的峰值功率。
附图说明
图1为本发明的光路示意图；
图2为本发明保罗棱镜的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。
如图1所示，一种紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，包括沿光路方向依次设置谐振腔、半波片(7)、偏振分束器(8)和光电探测器(9)，其特征在于，谐振腔包括依次设置的保罗棱镜(1)、被动调Q晶体(3)、激光晶体(4)和输出镜(6)；偏振分束器(8)将光分出一束分光路，分光路上的依次设有耦合透镜(10)、光纤(11)和准直镜组(12)。
如图2所示，保罗棱镜1包括互相垂直的a、b两个斜面，a与b相交于线l，l的中点为M，保罗棱镜1还包括纵向面c，本实施例中纵向面c为长方形，纵向面c的几何中心即为该长方形的对角线交点P；保罗棱镜1为镀有1064nm高反射膜的全反腔镜，高反射膜镀于保罗棱镜1的a和b这两个斜面上。为了防止保罗棱镜1产生退偏现象，l与水平面平行或垂直，水平面即图1中垂直于纸面方向。由于保罗棱镜1具有两个相交的全反面取代了传统的平面全反腔镜，因此采用保罗棱镜1作为腔镜后可使得激光器在一个维度上处于免调试状态，能够更为快捷地调试出激光，并且应用在工程机中可以抵消安装板在工作时产生的部分形变，从而保证在严峻的环境条件下腔的稳定性和***的可靠运转。
谐振腔内还包括设置在保罗棱镜1与被动调Q晶体3之间的小孔光阑2，这样可以进一步抑制高阶横模的起振。本实施例中小孔光阑2的直径为3mm。
被动调Q晶体3为Cr4+:YAG晶体，即Y3Al5O12(钇铝石榴石)，以获得调Q脉冲激光输出。
激光晶体4为Nd:YAG板条晶体，即Nd:Y3Al5O12(掺钕钇铝石榴石)，激光晶体4采用布鲁斯特角(Brewsterangle)切割，这样可以直接获得线偏振的激光。激光晶体4的掺杂浓度为1.1at％，尺寸为3.5*5*44.2mm。激光晶体4的泵浦面镀有808nm的增透膜或镀有808nm和1064nm的增透膜，本实施例中使用的是808nm和1064nm的增透膜，从而防止1064nm的激光在厚度方向上产生寄生振荡，提高激光的转换效率。
泵浦源5使用三个叠阵均匀设置在激光晶体4的中心，对激光晶体4单个大面中心区域进行泵浦，本实施例中的中心区域为5*38mm。激光晶体4内部只在沿厚度方向呈现一维温度梯度分布，在一定程度上降低了热致双折射效应。激光在激光晶体4内部沿zig-zag(“之”字形)路径传输，降低了光学畸变对光束质量的影响。
输出镜6选用透过率T＝60％的腔镜。
半波片7和偏振分束器8配合使用可改变耦合进光纤的能量大小，半波片7和偏振分束器8的表面均镀有1064nm的增透膜。
光电探测器9对激光进行采样，用于后期的信号处理。
耦合透镜10为焦距30mm的非球面透镜，耦合透镜10表面镀有1064nm的增透膜，得到的调Q激光光束质量M2为4，聚焦前光斑直径为1.8mm，发散角为1.5mrad，经30mm透镜聚焦后得到焦面处光斑为90um，发散角为30mrad。激光经聚焦后耦合进光纤11内，本实施例中的光纤11为数值孔径NA为0.12、纤芯直径为200um的多模光纤，且光纤输出和输入端面镀1064nm增透膜，最高可输出10mJ能量、10ns脉宽的激光。激光经耦合透镜10聚焦后耦合进光纤11内。
准直镜组12将激光光束准直，以便在实际应用中使用。
本发明本采用被动调Q技术，同时采用保罗棱镜两个相交的斜面作为全反腔镜取代了传统的平面全反腔镜，使得激光器在一个维度上处于免调试状态，因此能够更为快捷地调试出激光，保证了***的稳定性，降低了光纤损坏的风险，并间接提升了光纤输出激光的峰值功率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，包括沿光路方向依次设置谐振腔、半波片(7)、偏振分束器(8)和光电探测器(9)，其特征在于，所述谐振腔包括依次设置的保罗棱镜(1)、被动调Q晶体(3)、激光晶体(4)和输出镜(6)；所述偏振分束器(8)将光分出一束分光路，所述分光路上的依次设有耦合透镜(10)、光纤(11)和准直镜组(12)。
2.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述保罗棱镜(1)在其两个斜面上镀有高反射膜。
3.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述保罗棱镜(1)的两个斜面相交的线与水平面平行或垂直。
4.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述谐振腔内还包括设置在保罗棱镜(1)与被动调Q晶体(3)之间的小孔光阑(2)。
5.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述被动调Q晶体(3)采用Cr4+:YAG晶体。
6.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述激光晶体(4)为板条晶体，所述激光晶体(4)采用布鲁斯特角切割。
7.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，激光晶体(4)的泵浦面镀有808nm的增透膜或镀有808nm和1064nm的增透膜。
8.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述泵浦源(5)使用叠阵均匀设置在激光晶体(4)的中心，对激光晶体(4)单个大面中心区域进行泵浦，激光在激光晶体(4)内部沿zig-zag路径传输。
9.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述半波片(7)和偏振分束器(8)的表面均镀有增透膜。
10.根据权利要求1所述的紧凑稳定的高峰值功率光纤输出激光器，其特征在于，所述耦合透镜(10)为非球面透镜，耦合透镜(10)表面镀有增透膜，激光经耦合透镜(10)聚焦后耦合进光纤(11)内。
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