CN213692642U - 双光路合束激光器 - Google Patents

Abstract

本新型公开一种双光路合束激光器，包括λ/2波片、反光镜、合束片及至少两个激光器单体；第一个激光器单体包括泵浦源Ⅰ、耦合***Ⅰ及晶体Ⅰ，第二个激光器单体包括泵浦源Ⅱ、耦合***Ⅱ及晶体Ⅱ，晶体Ⅰ及晶体Ⅱ光路偏振方向相同或呈正交；若晶体Ⅰ及晶体Ⅱ光路偏振方向相同，其第一者输出光路上设置合束片、第二者输出光路上设置λ/2波片及反光镜，以使第二者光输入合束片并与第一者的光同束输出；若晶体Ⅰ及晶体Ⅱ的光路偏振方向呈正交，其中第一者输出光路上设置合束片、第二者输出光路上设置反光镜，以使第二者光输入合束片并与第一者的光同束输出。两束相同能量偏振方向呈正交的激光器激光，通过合束片合束，实现同光路大功率激光输出。

Description

双光路合束激光器

技术领域

本实用新型涉及固体激光器技术领域，更具体地说，涉及一种双光路合束激光器。

背景技术

随着激光的快速发展，其应用越来越多，对于高功率的激光输出需求也越来越多。传统的激光器，提高激光功率，基本都是通过提高泵浦功率实现或将多束激光进行泵浦耦合；然而传统的灯泵浦激光器的转换效率大约只有3％左右，泵浦灯发出的能量大部分转换成了热能，故对于单激光器通过提高泵浦功率进行激光高功率输出，会产生严重的热透镜效应，容易造成晶体炸裂，影响材料使用率、成品率、激光器应用的工作效率；而将多束激光进行泵浦耦合，由于激光模块中产生大量的热量，激光功率和光束质量会大幅下降，此时还需要复杂的热管理技术和光束质量控制技术才能实现高光束质量高功率激光输出，造成光路结构复杂，成本高，并且激光器***中的任何一个激光模块的性能将影响整机的性能，降低整体稳定性。

因此，如何避开上述问题并实现同光路大功率激光输出成为泵领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双光路合束激光器，将两束分别经过泵浦的不同激光器发出的激光，通过合束片合束后输出，实现同光路大功率激光输出，并具有高功率、超温宽的特点。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种双光路合束激光器，包括有λ/2 波片、反光镜、合束片及至少两个激光器单体；第一个所述激光器单体包括泵浦源Ⅰ、耦合***Ⅰ及晶体Ⅰ，第二个所述激光器单体包括泵浦源Ⅱ、耦合***Ⅱ及晶体Ⅱ，所述晶体Ⅰ及所述晶体Ⅱ的光路偏振方向相同或呈正交；若所述晶体Ⅰ及所述晶体Ⅱ的光路偏振方向相同，其中第一者的输出光路上设置所述合束片、第二者的输出光路上设置所述λ/2波片及所述反光镜，以使所述第二者的光输入所述合束片并与所述第一者的光同束输出；若所述晶体Ⅰ及所述晶体Ⅱ的光路偏振方向呈正交，其中第一者的输出光路上设置所述合束片、第二者的输出光路上设置所述反光镜，以使所述第二者的光输入所述合束片并与所述第一者的光同束输出。

优选地，所述反光镜设置为45度反光镜。

优选地，所述晶体Ⅰ及所述晶体Ⅱ均设置为自倍频晶体。

优选地，所述合束片设置为偏振分光棱镜。

优选地，所述泵浦源Ⅰ和所述泵浦源Ⅱ均设置为近红外泵浦源。

优选地，沿光束输出方向所述合束片的下游设置有光纤。

优选地，所述自倍频晶体的基质材料设置为三硼酸钙氧钆或三硼酸钙氧钇。

优选地，所述自倍频晶体中掺杂的粒子为钕或镱。

优选地，所述自倍频晶体的入射面设置有第一镀膜、出射面设置有第二镀膜，所述第一镀膜具备针对泵浦光的高透射性、基频光和倍频光的高反射性，所述第二镀膜具备针对泵浦光和基频光的高反射性、倍频光的高透射性。

本实用新型提供的技术方案中，将两个激光单体射出的激光通过反光镜和合束片进行合束实现同光路双光束输出，与现有技术中的通过提高泵浦功率或将多束激光泵浦耦合相比，避开了对泵浦的设置，降低热量，且结构简单、成本低、易生产，并实现了高功率输出，超温宽使用，提高了激光器的成品率、材料使用率及应用时的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中的多光束合束激光器的结构示意图。

图1中：

1、泵浦源Ⅰ；2、泵浦源Ⅱ；3、耦合***Ⅰ；4、耦合***Ⅱ；5、晶体Ⅰ；6、晶体Ⅱ；7、λ/2波片；8、反光镜；9、合束片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供一种双光路合束激光器，将两束分别经过泵浦的不同激光器发出的激光，通过合束片合束后输出，实现同光路大功率激光输出，并具有高功率、超温宽的特点。

以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

请参考附图1，本实施例提供的一种双光路合束激光器，包括有λ/2波片7、反光镜8、合束片9及至少两个激光器单体；第一个激光器单体包括泵浦源Ⅰ、耦合***Ⅰ3及晶体Ⅰ5，泵浦源Ⅰ具体可设置为近红外泵浦源Ⅰ1，近红外泵浦源Ⅰ1发出近红外光，经过耦合***Ⅰ3聚焦到晶体Ⅰ5，晶体Ⅰ5吸收后发出激光，第二个激光器单体包括泵浦源Ⅱ、耦合***Ⅱ4及晶体Ⅱ6，泵浦源Ⅱ可以具体设置为近红外泵浦源Ⅱ2，近红外泵浦源Ⅱ2发出近红外光，经过耦合***Ⅱ4聚焦到晶体Ⅱ6，晶体Ⅱ6吸收后发出激光。

从激光的输出方向而言，晶体Ⅰ5及晶体Ⅱ6发出的两束激光的偏振方向可以相同，或呈正交，即一个为水平态偏振光、另一个为垂直态偏振光。

若晶体Ⅰ5及晶体Ⅱ6的光路偏振方向相同，如两个激光单体并排同向设置，其中第一者的输出光路上设置合束片9、第二者的输出光路上设置λ/2波片 7及反光镜8，第一者(晶体Ⅰ5或晶体Ⅱ6)的光路水平射入合束片9，λ/2波片7设置在第二者(晶体Ⅱ6或晶体Ⅰ5)输出面的前端，使第二者输出的垂直态偏振光改变偏振态呈水平分方向，然后射入反光镜8再次改变偏振方向，具体地，反光镜8设置为45度反光镜，最后垂直射入合束片9、实现与第一者的光路同束输出。通过λ/2波片7及反光镜8改变光路偏振方向，使两束光路相同的激光合束到同一个合束片9上，然后同光路同方向输出，能量进行叠加，合束片9输出的激光功率增大，实现高功率、超温宽的激光输出。

若晶体Ⅰ5及晶体Ⅱ6的光路偏振方向呈正交，两个激光单体垂直设置，其中第一者的偏振光输出光路上设置合束片9、第二者的输出光路上设置反光镜 8，具体地，反光镜8设置为45度反光镜，以使第二者的光路输入合束片9并与第一者的光路同束输出。

如此设置，仅通过λ/2波片7、反光镜8及合束片9就可以将两束不同光路的不同激光器发出的激光进行合束，通过并联的方式实现同光路高功率输出，结构简单且奇妙；与现有技术中的通过提高泵浦功率或将多束激光泵浦耦合相比，避开了对泵浦的设置，避免增加散发的热量，且结构简单、成本低、易生产，并实现了高功率输出，超温宽使用，提高了激光器的成品率、材料使用率及应用时的工作效率。

两个激光单体输出的激光进行合束之前，可以进行光束整形。本实施例中，沿光束输出方向合束片9的下游设置有光纤。两束激光经合束后，输出的合束光经光纤再次整形，可以起到均匀光束的整形作用。

根据两个激光单体射出的激光的偏振特性，合束片9可以设置为偏振分光棱镜。

具体地，晶体Ⅰ5可以设置为自倍频晶体；或晶体Ⅰ5及晶体Ⅱ6均设置为自倍频晶体。如此，两束不同光路的激光均为倍频光；则经过泵浦后又经过倍频输出的两束不同光路的激光，经过均匀光束后进行叠加合束，然后聚焦透射使用，功率高，激光稳定，可实现超温宽使用。

具体而言，自倍频晶体可设置为三硼酸钙氧钆(GdCOB)晶体或三硼酸钙氧钇(YCOB)晶体。而自倍频晶体中掺杂的粒子可为钕(Nd)或镱(Yb)。

自倍频晶体的入射面和出射面上还均设置有镀膜，晶体Ⅰ5及晶体Ⅱ6的入射面均设置第一镀膜，第一镀膜的外表面具备针对泵浦光的高透射性、内表面具备针对基频光和倍频光的高反射性；晶体Ⅰ5及晶体Ⅱ6的出射面均设置第二镀膜，第二镀膜的内表面具备针对泵浦光和基频光的高反射性、外表面具备针对倍频光的高透射性。泵浦光经入射面第一镀膜的高透射性高效射入自倍频晶体，使两个自倍频晶体产生基频光，基频光经受第一镀膜和第二镀膜的高反射性，约束在自倍频晶体内、使自倍频晶体内部形成谐振腔产生倍频光，倍频光经受入射面上第一镀膜的高反射性、出射面上第二镀膜的高透射性，集中从出射面射出，提高射出的光束质量，降低光损失。

在晶体的表面镀膜对泵浦光、基频光和倍频光进行高反射或高透射均是已经成熟的现有技术，本文只是将具备对应性能的镀膜应用在晶体的哪个端面进行位置限定和应用，第一镀膜和第二镀膜的具体组成均是本领域已经公开的现有技术，此处不再赘述。

下面以具体实施例对双光路合束激光器的设置进行描述说明：

实施方案1：近红外泵浦源Ⅰ1发出近红外光，经过耦合***Ⅰ3聚焦到自倍频晶体Ⅰ5，自倍频晶体Ⅰ5吸收后起震发出倍频光，在晶体Ⅰ5的光路上放合束片9；近红外泵浦源Ⅱ2发出近红外光，经过耦合***Ⅱ4聚焦到自倍频晶体Ⅱ6，自倍频晶体Ⅱ6吸收后起振发出倍频光，自倍频晶体Ⅰ5与自倍频晶体Ⅱ6发出的倍频光偏振方向相同；在自倍频晶体Ⅱ6上方放λ/2波片7，将两束光的偏振方向调成正交，在此光路上放上45°反光镜8，使激光通过反射镜8 打入合束片9，将两束激光合束。

实施方案2：近红外泵浦源Ⅱ2发出近红外光，经过耦合***Ⅱ4聚焦到自倍频晶体Ⅱ6，自倍频晶体Ⅱ6吸收后起振发出倍频光，在光路上放合束片9；近红外泵浦源Ⅰ1发出近红外光，经过耦合***Ⅰ3聚焦到自倍频晶体Ⅰ5，自倍频晶体Ⅰ5吸收后起震发出倍频光，自倍频晶体Ⅰ5与自倍频晶体Ⅱ6发出的倍频光偏振方向相同；在自倍频晶体Ⅱ5上方放λ/2波片7，将两束光的偏振方向调成正交，在此光路上放上45°反光镜8，使激光通过反射镜8打入合束片 9，将两束激光合束。

实施方案3：近红外泵浦源Ⅰ1发出近红外光，经过耦合***Ⅰ3聚焦到自倍频晶体Ⅰ5，自倍频晶体Ⅰ5吸收后起震发出倍频光，在光路上放合束片9；近红外泵浦源Ⅱ2发出近红外光，经过耦合***Ⅱ4聚焦到自倍频晶体Ⅱ6，自倍频晶体Ⅱ6吸收后起震发出倍频光，自倍频晶体Ⅰ5与自倍频晶体Ⅱ6发出的倍频光偏振方向呈正交；在此光路的正上方放上45°反光镜8，使激光打入合束片9，将两束激光合束。

实施方案4：近红外泵浦源Ⅱ2发出近红外光，经过耦合***Ⅱ4聚焦到自倍频晶体Ⅱ6，自倍频晶体Ⅱ6吸收后起震发出倍频光，在光路上放合束片9；近红外泵浦源Ⅰ1发出近红外光，经过耦合***Ⅰ3聚焦到自倍频晶体Ⅰ5，自倍频晶体Ⅰ5吸收后起震发出倍频光，自倍频晶体Ⅰ5与自倍频晶体Ⅱ6发出的倍频光偏振方向呈正交；在此光路的正上方放上45°反光镜8，使激光打入合束片9，将两束激光合束。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本实用新型提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，

而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种双光路合束激光器，其特征在于，包括有λ/2波片(7)、反光镜(8)、合束片(9)及至少两个激光器单体；第一个所述激光器单体包括泵浦源Ⅰ(1)、耦合***Ⅰ(3)及晶体Ⅰ(5)，第二个所述激光器单体包括泵浦源Ⅱ(2)、耦合***Ⅱ(4)及晶体Ⅱ(6)，所述晶体Ⅰ(5)及所述晶体Ⅱ(6)的光路偏振方向相同或呈正交；

若所述晶体Ⅰ(5)及所述晶体Ⅱ(6)的光路偏振方向相同，其中第一者的输出光路上设置所述合束片(9)、第二者的输出光路上设置所述λ/2波片(7)及所述反光镜(8)，以使所述第二者的光输入所述合束片(9)并与所述第一者的光同束输出；

若所述晶体Ⅰ(5)及所述晶体Ⅱ(6)的光路偏振方向呈正交，其中第一者的输出光路上设置所述合束片(9)、第二者的输出光路上设置所述反光镜(8)，以使所述第二者的光输入所述合束片(9)并与所述第一者的光同束输出。

2.如权利要求1所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述反光镜(8)设置为45度反光镜。

3.如权利要求1所述的双光路合束激光器，其特征在于，沿光束输出方向所述合束片的下游设置有光纤。

4.如权利要求1所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述晶体Ⅰ(5)设置为自倍频晶体。

5.如权利要求1所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述晶体Ⅰ(5)及所述晶体Ⅱ(6)均设置为自倍频晶体。

6.如权利要求1所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述合束片(9)设置为偏振分光棱镜。

7.如权利要求1所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述泵浦源Ⅰ和所述泵浦源Ⅱ均设置为近红外泵浦源。

8.如权利要求5所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述自倍频晶体的基质材料设置为三硼酸钙氧钆或三硼酸钙氧钇。

9.如权利要求5所述的双光路合束激光器，其特征在于，所述自倍频晶体的入射面设置有第一镀膜、出射面设置有第二镀膜，所述第一镀膜具备针对泵浦光的高透射性、基频光和倍频光的高反射性，所述第二镀膜具备针对泵浦光和基频光的高反射性、倍频光的高透射性。

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