高光效微片雷射器的製作方法

2023-09-22 09:44:55

專利名稱：高光效微片雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及固體雷射器，特別是一種高光效微片雷射器，尤其適合短腔單縱模的微片雷射器。
背景技術：
微片雷射器具有全固化、體積小、結構簡單緊湊等優點。由於微片雷射器容易獲取高重複頻率的亞納秒級、峰值功率達數千瓦、單脈衝能量微焦耳量級的調Q脈衝。因此，在遠程測量、三維成像、環境監測、微機械、微型手術等方面將有十分廣泛地應用前景。但由於微片雷射器腔長一般都較短，特別為產生單縱模輸出的短腔微片雷射器，腔長一般都在Imm以下，因此腔模模體積都非常小，雷射介質也非常薄，相應的腔內所能存儲的能量非常有限，大量的泵浦光無法被充分吸收，結果導致採用常規摻雜濃度的短腔微片雷射器存在輸出功率和整體光效偏低的缺點。例如，1994年，J.J.Zayhowski等人採用0.5mm, 1.8%摻雜濃度的Nd3+ =YAG晶體和
0.25mmCr4+:YAG調Q晶體組成的雷射微片，在1.2W泵浦下，雷射輸出功率僅為66mw，整體光效 6%[參見文獻 1- September 15，1994 / Vol.19，N0.18 / OPTICS LETTERS。2006年]，M.GONG等人採用0.6mm, 1.8%摻雜濃度的Nd3+ =YAG和0.25mm Cr4+:YAG調Q晶體構成的雷射微片，在IW泵浦下，實現了 100KHZ，IOOmw脈衝輸出，整體光效僅為10%[參見文獻2- ELECTRONICS LETTERS 22nd June 2006 Vol.42 N0.13]。由上述例子，二者所採用的微片雷射器結構中雷射介質對於泵浦光的吸收效率都在50%左右，直接導致了整體光效和輸出功率都較低，進而大大限制其直接應用。為提高泵浦光吸收效率，人們研發出各種高摻雜濃度的雷射晶體，但高摻雜雷射介質都普遍存在熱效應嚴重，雷射猝滅等問題，無法用於大功率泵浦應用。因此如何將沒有完全吸收的泵浦光束進行有效的利用是提高短腔微片雷射器整體光效的關鍵所在。
發明內容本實用新型的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種高光效微片雷射器，該高光效微片雷射器具有結構簡單，泵浦效率高的特點。本實用新型的技術解決方案如下:一種高光效微片雷射器，包括泵浦光源和耦合透鏡，其特點是沿泵浦光源的雷射輸出方向自左至右依次是所述的耦合透鏡、全反射腔膜、雷射介質、部分反射腔膜、第一曲面、放大介質和第二曲面，在熱沉內依次設置所述的雷射介質和放大介質，所述的第一曲面和第二曲面是所述的放大介質的兩個端面。在所述的雷射介質和所述的放大介質的第一曲面之間還有被動調Q介質。所述的全反射腔膜是對泵浦光全透而對雷射介質產生的信號光全反射的膜層，鍍在所述的雷射介質的左端面，所述的部分反射腔膜是對信號光部分反射和對泵浦光透射的膜層，該部分反射腔膜鍍在所述的雷射介質的右端面、被動調Q介質的右端面或放大介質的左端面，所述的全反射腔膜、雷射介質和部分反射腔膜構成雷射諧振腔。所述的第一曲面和第二曲面為平面、球面或非球面。所述的雷射介質和放大介質是摻Nd3+、摻Yb3+、摻Er3+或摻Tm3+的雷射晶體，或摻Nd3+、摻Yb3+、摻Er3+或摻Tm3+的雷射陶瓷，或摻Nd3+、摻Yb3+、摻Er3+或摻Tm3+的雷射玻
3 ο所述的熱沉可以是Al2O3, AlN等陶瓷材料，也可以是鋁、銅等金屬材料製成，通過導熱膠粘接或者金屬焊料焊接(AuSn, PbSn等焊料,此時雷射介質或放大介質側面和相應熱沉接觸面需要鍍金焊盤)將所述雷射介質或放大介質直接固定在其上。熱沉總長度略大於雷射介質左端面頂點到放大介質右端面頂點間的長度，起到保護端面作用。本實用新型的工作原理如下:全反射腔面膜和部分反射腔面膜構成光學諧振腔，雷射介質吸收泵浦光後，形成雷射振蕩，如光學諧振腔內部包含被動調Q介質，貝1J可輸出脈衝雷射。放大介質的第一曲面對殘餘泵浦光和信號光進行整形，實現泵浦光和信號光的良好重疊，當泵浦光通過放大介質被完全吸收後，實現信號光放大，提高系統光效。放大介質的第二曲面對信號光再次整形，實現信號光聚焦或準直輸出。所述的熱沉對雷射介質，被動被動調Q介質和放大介質起到散熱和固定作用。本實用新型的技術效果如下:1、本實用新型的全反腔面膜和部分反腔面膜構成光學諧振腔，當光學諧振腔內僅有雷射介質時，輸出的信號光為連續光，當光學諧振腔內包括雷射介質和被動調Q介質，則輸出的信號光為脈衝 雷射。2、由於本實用新型高光效微片雷射器包含有放大介質,信號光和未被雷射介質完全吸收的殘餘泵浦光通過第一曲面後，實現良好重疊，放大介質吸收殘餘泵浦光，從而對光信號進行放大，提高整體輸出功率和光效。實驗表明，本實用新型可提高輸出功率40%以上。3、熱沉對各個器件進行固定和散熱，實現了整個雷射器模塊化封裝。本實用新型高光效微片雷射器具有結構簡單，泵浦效率高的特點。

圖1是本實用新型高光效微片雷射器實施例1的結構示意圖。圖2是本實用新型高光效微片雷射器實施例2的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型的保護範圍。實施例1先請參閱圖1，圖1是本實用新型高光效微片雷射器實施例1的結構示意圖，由圖可見，本實用新型高光效微片雷射器，包括泵浦光源9和聚焦系統10，沿泵浦光源9雷射輸出方向自左至右依次是所述的耦合透鏡10、全反射腔膜1、雷射介質2、被動調Q介質3、部分反射腔膜4、第一曲面5、放大介質6和第二曲面7，在一個圓筒形熱沉8內依次設置所述的雷射介質2和放大介質6，所述的第一曲面5和第二曲面7是所述的放大介質6的兩個端面。所述的第一曲面5是平面，所述的第二曲面7為球面，R=8mm (如圖所示)泵浦光源9，輸出光束經聚焦系統10聚焦後進入雷射介質2，雷射介質2為Nd3+:YAG,被動調Q介質3為Cr4+:YAG, 二者採用熱鍵合方式結合在一起，全反腔膜鍍在雷射介質2的左端面，部分反射腔面膜鍍在放大介質6的左端面，形成諧振腔，為滿足單縱模輸出條件，腔長小於0.9mm,放大介質6為IOmm 1.1%摻雜濃度的Nd3+:YAG,並緊貼調Q介質放置，吸收殘餘泵浦光對信號光進行放大。根據實測結果，1064nm輸出功率提升40%。實施例2參閱圖2，圖2是本實用新型高光效微片雷射器實施例2的結構示意圖，由圖可見，本實用新型高光效微片雷射器，包括泵浦光源9和耦合透鏡10，沿泵浦光源9雷射輸出方向自左至右依次是所述的耦合透鏡10、全反射腔膜1、雷射介質2、被動調Q介質3、部分反射腔膜4、第一曲面5、放大介質6和第二曲面7，在一個圓筒形熱沉8內依次設置所述的雷射介質2和放大介質6,所述的第一曲面5和第二曲面7是所述的放大介質6的兩個端面。所述的第一曲面5為球面，曲率半徑R=3mm，所述的第二曲面7為球面，曲率半徑R=6mm。泵浦光源9，輸出光束經聚焦透鏡10聚焦後進入雷射介質2，雷射介質2為Nd3+:YAG，被動調Q介質3為Cr4+:YAG, 二者採用熱鍵合方式結合在一起，全反腔面膜鍍在雷射介質2左端，部分反射腔面膜鍍在被動調Q介質3右端，形成諧振腔，為滿足單縱模輸出條件，腔長小於0.5mm,放大介質6為10mm，1.1%摻雜濃度的Nd3+:YAG,吸收殘餘泵浦光對信號光進行放大。實驗表明，1064nm的輸出功率提升60%。本實用新型微片雷射器具有結構簡單，泵浦效率高的特點。
權利要求1.一種高光效微片雷射器，包括泵浦光源(9)和耦合透鏡(10)，其特徵是沿泵浦光源(9)輸出光束方向自左至右依次是所述的耦合透鏡(10)、全反射腔膜(I)、雷射介質(2)、部分反射腔膜(4)、第一曲面(5)、放大介質(6)和第二曲面(7)，在一個熱沉(8)內依次設置所述的雷射介質(2)和放大介質(6)，所述的第一曲面(5)和第二曲面(7)是所述的放大介質(6)的兩個端面。
2.根據權利要求1所述的高光效微片雷射器，其特徵是在所述的雷射介質(2)和所述的部分反射腔膜之間還有被動調Q介質(3)。
3.根據權利要求1或2所述的高光效微片雷射器，其特徵在於所述的全反射腔膜(I)是對泵浦光全透而對雷射介質(2)產生的信號光全反射的膜層，鍍在所述的雷射介質(2)的左端面，所述的部分反射腔膜(4)是對信號光部分反射和對泵浦光透射的膜層，該部分反射腔膜(4)鍍在所述的雷射介質(2)的右端面、或被動調Q介質(3)的右端面、或放大介質(6)的左端面，所述的全反射腔膜(I)、雷射介質(2)和部分反射腔膜(4)構成雷射諧振腔。
4.根據權利要求1或2所述的高光效微片雷射器，其特徵在於所述的第一曲面(5)和第二曲面(7)為平面或球面。
專利摘要一種高光效微片雷射器，依次包括全反腔面膜、雷射介質、被動調Q介質(可選)，部分反腔面膜、第一曲面、放大介質、第二曲面和熱沉。泵浦光源發出的泵浦光束經過耦合透鏡後，入射到雷射介質內，全反腔面膜和部分反腔面膜構成光學諧振腔，當泵浦光超過閾值後，形成連續或脈衝雷射輸出。未被雷射介質完全吸收的殘餘泵浦光經第一曲面後入射到放大介質內被完全吸收，提高整體輸出功率和光效。第二曲面對輸出雷射起到聚焦或準直作用。熱沉對各個器件進行固定和散熱，實現了整個雷射器模塊化封裝。本實用新型具有結構簡單，泵浦效率高的特點。
文檔編號H01S3/042GK203039223SQ20122053646
公開日2013年7月3日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者彭彪, 李驍軍, 馬昌贊, 侯曉亮 申請人:上海飛博雷射科技有限公司