CN204885810U - 高功率端面泵浦四晶体u型腔激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，包括谐振腔、Q开关、由泵浦单元、耦合***和激光晶体构成的端面泵浦装置，谐振腔包括全反镜和输出镜，端面泵浦装置有四个，每两个端面泵浦装置构成一个端面泵浦组，两个端面泵浦组对称设置，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴垂直相交，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴的垂直相交位置设有一五角棱镜，五角棱镜位于各端面泵浦装置的激光晶体和耦合***之间，谐振腔是由全反镜、两个五角棱镜和输出镜构成的“U”型折叠腔。本实用新型的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器可产生高功率激光且光束质量高，保证了激光器的稳定性和安装调试的方便性。

Description

高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器

技术领域

本实用新型涉及一种激光器，尤其涉及一种高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器。

背景技术

用于制造业的激光加工***，要求激光器有高功率激光输出、高光束质量、高长期稳定性，这些要求很难同时满足，常常只能在一定范围内选择满足。比如常用的二极管泵浦固体激光器，通常激光二极管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。

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到激光晶体的侧面，在激光晶体内产生大面积的增益区域，为高功率的激光产生提供了基础，但缺点是输出激光的光束质量差和能量提取效率低。

LD端面泵浦结构中，LD辐射光束从激光晶体端面入射，大大降低了泵浦光的耦合损耗，同时，由于该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，其输出功率受到限制。

在众多激光二极管端面泵浦固体激光器中，大多数是采用单端泵浦方式，双端面泵浦方式和双端面泵浦双晶体的方法，由于受泵浦功率不能太高，晶体导热性能、热效应等影响，激光输出功率不高，还可能存在激光光束质量和激光器稳定性等问题。

同时，传统激光器的折叠腔多采用平面镜作为光路转向，故存在安装调试困难，易产生不稳定的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，可在产生高功率激光的同时，满足高光束质量的要求，而且保证了激光器的稳定性和安装调试的方便性。

为实现上述目的，本实用新型提供一种高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，包括谐振腔、设于谐振腔内的Q开关、以及由泵浦单元、耦合***和激光晶体构成的端面泵浦装置，谐振腔包括全反镜和输出镜，所述端面泵浦装置有四个，每两个端面泵浦装置构成一个端面泵浦组，两个端面泵浦组对称设置，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴垂直相交，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴的垂直相交位置设有可使入射激光光束旋转90°后出射的一五角棱镜，五角棱镜位于各端面泵浦装置的激光晶体和耦合***之间，谐振腔还包括两个端面泵浦组的五角棱镜，谐振腔是由全反镜、两个五角棱镜和输出镜构成的“U”型折叠腔。

作为本实用新型的进一步改进，所述全反镜为平面镜，平面镜的下表面镀有808nm、1064nm高反的介质膜。

作为本实用新型的进一步改进，所述输出镜为平面镜，其腔内镀有808nm高反的介质膜和透过率为20％的1064nm增透膜，其腔外镀有1064nm高反的介质膜。

作为本实用新型的进一步改进，所述五角棱镜具有两个供激光入射的内表面和两个反射激光的外表面，两个内表面相邻且朝向谐振腔，两个外表面分别与一个内表面相接，五角棱镜具的外表面镀有808nm增透膜和1064nm高反的介质膜，五角棱镜的内表面镀有808nm和1064nm增透膜。

作为本实用新型的更进一步改进，所述五角棱镜的两内表面的夹角为90°，五角棱镜的内表面和外表面夹角为67.5°。

作为本实用新型的进一步改进，所述泵浦单元的输出功率为30W，中心波长808nm。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光晶体采用水冷冷却的Nd:YVO4晶体，掺杂浓度为0.25％,规格为4×4×12mm，其两面镀有1064nm增透膜。

作为本实用新型的进一步改进，所述Q开关为采用熔融石英的声光Q开关，其超声频率为40.68MHz，其双面镀有1064nm增透膜。

作为本实用新型的进一步改进，所述耦合***为由两片式透镜组成的耦合镜，两片透镜均镀有808nm的增透膜，其放大比例为1:2。

与现有技术相比，本实用新型的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器的有益效果如下：

(1)高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器采用U型折叠腔结构，使得激光器相对传统直腔在腔长方向大大缩短了长度，保证了激光器体积更小、结构更紧凑，便于集成到各种激光加工***中，并且保证了四个泵浦能够入射到激光器晶体上的结构布局。

(2)高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器利用四个串联晶体棒分别泵浦的方式，通过增加激光晶体数量的方法，减少了激光晶体单位面积上所承受的泵浦功率，分散发热源，提高了激光输出功率。

(3)高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器采用五角棱镜作为90度转角的结构，即便五角棱镜发生位置偏移时，只要两五角棱镜仍处在光路上，就能保证光路稳定不出现变化，从而保证了激光器的稳定性和安装调试的方便性，特别是在激光器出现故障时，容易排查原因，方便激光器的维护。

(4)高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器由于激光在五角棱镜内表面的两次反射，形成一个折返的光路而不是直线传输，在相同光程的情况下缩短了光路，进一步减小了激光器体积，提高设备的紧凑性。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1为本实用新型高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器的示意图。

图2为五角棱镜的示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1-2，所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器包括谐振腔、设于谐振腔内的Q开关1、以及由泵浦单元2、耦合***3和激光晶体4构成的端面泵浦装置。

所述端面泵浦装置有四个，每两个端面泵浦装置构成一个端面泵浦组，两个端面泵浦组对称设置，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴垂直相交，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴的垂直相交位置设有一五角棱镜5，五角棱镜5位于各端面泵浦装置的激光晶体4和耦合***3之间，两个五角棱镜5倾斜且对称设置。

所述谐振腔包括两个端面泵浦的五角棱镜5、全反镜6和输出镜7，谐振腔是由全反镜6、两个五角棱镜5和输出镜7构成的“U”型折叠腔。

其中，所述Q开关1为采用熔融石英的声光Q开关，其超声频率为40.68MHz，其双面镀有1064nm增透膜，用于调制产生脉冲激光。所述泵浦单元2的输出功率为30W，中心波长808nm。所述耦合***3为由两片式透镜组成的耦合镜，用于将泵浦光聚焦到激光晶体4上，两片透镜均镀有808nm的增透膜，其放大比例为1:2。所述激光晶体4采用水冷冷却的Nd:YVO4晶体，掺杂浓度为0.25％,规格为4×4×12mm，其两面镀有1064nm增透膜。所述五角棱镜5具有两个供激光入射的内表面5a和两个反射激光的外表面5b，两个内表面5a相邻且朝向谐振腔，两个外表面5b分别与一个内表面5a相接，五角棱镜5的两内表面5a的夹角为90°，五角棱镜5的内表面5a镀有808nm和1064nm增透膜，五角棱镜5的内表面5a和外表面5b的夹角为67.5°，五角棱镜5的外表面5b镀有808nm增透膜和1064nm高反的介质膜。激光晶体4产生的1064nm激光从五角棱镜5的任一内表面5a入射，经过两外表面5b反射后从另一内表面5a输出，使光束形成一个90°角度的旋转。所述全反镜6为平面镜，平面镜的下表面镀有808nm、1064nm高反的介质膜。所述输出镜7为平面镜，其腔内镀有808nm高反的介质膜和透过率为20％的1064nm增透膜，其腔外镀有1064nm高反的介质膜。

工作时，由各端面泵浦装置的泵浦单元2产生的泵浦光经耦合***3分别通过五角棱镜5的外表面5b、内表面5a两个面后，分别聚焦于激光晶体4端面上进行泵浦，形成四个晶体棒串联方式来进行激光的谐振放大，从而得到较大的模体积，实现激光器的高功率输出。激光振荡于由全反镜6、两个五角棱镜5和输出镜7构成的“U”型折叠腔中，在Q开关1的调制作用下产生脉冲激光，并由输出镜7出1064nm激光。

由于五角棱镜5作用是使谐振腔内的激光的传播方向改变90°，两个五角棱镜5则使得谐振腔内的激光形成180°的旋转，构成一个对称的U型结构，这样对称布局的结构不仅有利于四个泵浦光的泵浦输入，而且也符合四棒串联激光器的对晶体棒和腔镜对称位置的要求，并且减小激光器的体积，在相同光程的情况下缩短了光路，增加激光器的紧凑性。而且，五角棱镜5的输入光不管以任何角度入射，其出射方向均转过90°，当五角棱镜5发生位置偏移时，只要两五角棱镜5仍处在光路上，就能保证光路稳定不出现变化，从而保证了激光输出的稳定性和激光质量。另外，高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器同时分析了晶体热焦距、四晶体棒的热焦距匹配和晶体之间的距离与棒镜距离两者间的关系，得到晶体热焦距必须大于0.5倍棒镜距离；晶体之间距离的必须相等，四个晶体棒热焦距也必须相等才能保证热焦距匹配；晶体之间距离必须等于棒镜距离的2倍，设计使用了对称的U型谐振腔结构，保证了谐振腔有最大的稳定区工作范围，激光器获得稳定的高功率输出。

以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。

Claims (9)

1.一种高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，包括谐振腔、设于谐振腔内的Q开关、以及由泵浦单元、耦合***和激光晶体构成的端面泵浦装置，谐振腔包括全反镜和输出镜，其特征在于：所述端面泵浦装置有四个，每两个端面泵浦装置构成一个端面泵浦组，两个端面泵浦组对称设置，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴垂直相交，各端面泵浦组的两个端面泵浦装置的光轴的垂直相交位置设有可使入射激光光束旋转90°后出射的一五角棱镜，五角棱镜位于各端面泵浦装置的激光晶体和耦合***之间，谐振腔还包括两个端面泵浦组的五角棱镜，谐振腔是由全反镜、两个五角棱镜和输出镜构成的“U”型折叠腔。

2.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述全反镜为平面镜，平面镜的下表面镀有808nm、1064nm高反的介质膜。

3.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述输出镜为平面镜，其腔内镀有808nm高反的介质膜和透过率为20％的1064nm增透膜，其腔外镀有1064nm高反的介质膜。

4.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述五角棱镜具有两个供激光入射的内表面和两个反射激光的外表面，两个内表面相邻且朝向谐振腔，两个外表面分别与一个内表面相接，五角棱镜具的外表面镀有808nm增透膜和1064nm高反的介质膜，五角棱镜的内表面镀有808nm和1064nm增透膜。

5.如权利要求4所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述五角棱镜的两内表面的夹角为90°，五角棱镜的内表面和外表面夹角为67.5°。

6.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述泵浦单元的输出功率为30W，中心波长808nm。

7.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述激光晶体采用水冷冷却的Nd:YVO4晶体，掺杂浓度为0.25％,规格为4×4×12mm，其两面镀有1064nm增透膜。

8.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述Q开关为采用熔融石英的声光Q开关，其超声频率为40.68MHz，其双面镀有1064nm增透膜。

9.如权利要求1所述的高功率端面泵浦四晶体U型腔激光器，其特征在于：所述耦合***为由两片式透镜组成的耦合镜，两片透镜均镀有808nm的增透膜，其放大比例为1:2。