一種新型雷射放大器的製造方法

2023-10-18 00:55:09 3

一種新型雷射放大器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及全固態雷射【技術領域】，具體公開一種新型雷射放大器。本發明的新型雷射放大器，包括：沿光路布置的光學稜鏡2、雷射工作物質1和光學稜鏡3；其中，所述雷射工作物質1為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內或向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；雷射工作物質1各個面均精確拋光；光學稜鏡2和光學稜鏡3相同。本發明與傳統棒狀工作物質相比，由於有效的減小了內部熱致折射率梯度，因此熱致折射率梯度減小很多，光束通過晶體不同位置時經歷光學長度差異減小，可以有效減弱光束產生的波前畸變；製作簡單且成本低廉，容易滿足對加工工藝的精度要求。
【專利說明】一種新型雷射放大器

【技術領域】
[0001]本發明涉及全固態雷射【技術領域】，特別涉及一種新型雷射放大器。

【背景技術】
[0002]高平均功率高光束質量雷射器在工業、醫療、國防、科研等領域有著廣泛的應用。然而在所有的固體雷射器系統中，雷射介質吸收的抽運光中有一部分轉變成熱能沉積在介質內部；同時，雷射介質受到外界的冷卻，使得雷射介質內部形成非均勻的溫度場分布，溫度分布的不均勻，進而在介質內形成熱應變和熱應力分布，熱應力導致介質的折射率發生變化將引起熱致雙折射效應。
[0003]在很多雷射系統中，要求雷射的偏振態為線偏振光。因此，熱致雙折射將降低雷射輸出功率，劣化光束質量，限制雷射重複頻率的提高。雷射介質熱效應問題限制雷射輸出功率並影響輸出的光束質量。並且，隨著抽運功率的增大，雷射增益介質較差的熱性能對整個裝置的性能的影響越顯突出。
[0004]傳統的棒狀工作物質熱梯度大、散熱效果差、光束質量差；而板條工作物質雖然能有效減小熱效應問題，但其對於製造工藝的要求極高，很難達到要求的精度。
[0005]如申請號為200810222337.1減小溫度梯度的工作物質，其中圓棒狀工作物質表面的薄膜層將工作物質與冷卻液體隔開，起到緩衝溫度變化的作用。但其缺點在於，晶體棒散熱差、棒中心儲能大、徑向溫度梯度大，不能獲得高功率高光束質量的雷射輸出。


【發明內容】

[0006]本發明旨在克服現有雷射放大器技術的缺陷，容易滿足對加工工藝的精度要求，提高能量輸出，提供一種新型雷射放大器。
[0007]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
[0008]本發明提供一種新型雷射放大器，包括:沿光路布置的光學稜鏡2、雷射工作物質I和光學稜鏡3，雷射工作物質I外的石英玻璃管9以及用於泵浦的雷射二極體疊陣10 ;其中，所述雷射工作物質I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內或向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；雷射工作物質I各個面均精確拋光；光學稜鏡2和光學稜鏡3相同。
[0009]—些實施例中，所述光學稜鏡2、光學稜鏡3為圓柱體切除椎體後的形狀。
[0010]一些實施例中，所述光學稜鏡2、光學稜鏡3為圓錐體。
[0011 ] 一些實施例中，所述雷射工作物質1、光學稜鏡2和光學稜鏡3具有圓錐面，所述圓錐面用於調節雷射方向。
[0012]—些實施例中，所述光學稜鏡2和光學稜鏡3相對於所述雷射工作物質I對稱布置；工作時，雷射束從所述光學稜鏡2輸入所述雷射工作物質1，沿「之」字形路徑全反射前行，經雷射工作物質I的端面6輸出，進入所述光學稜鏡3，最終從所述光學稜鏡3輸出。
[0013]一些實施例中，所述雷射工作物質I的材料為Nd:YAG,Nd:YVO4, Yb:YAG,Nd:YLF、Nd:Gd:V04、釹玻璃或鉺玻璃。
[0014]一些實施例中，所述雷射工作物質I長度為38-150mm，壁厚為2_10mm。
[0015]一些實施例中，所述雷射工作物質I的內部和/或外部具有冷卻水路。
[0016]本發明的有益效果在於:與傳統棒狀工作物質相比，由於有效的減小了內部熱致折射率梯度，因此熱致折射率梯度減小很多，光束通過晶體不同位置時經歷光學長度差異減小，可以有效減弱光束產生的波前畸變；製作簡單且成本低廉，容易滿足對加工工藝的精度要求。在進一步的方案中，雷射工作物質I內部和外部通過冷卻水路通水冷卻，減小泵浦過程晶體內部產生的熱效應；同時雷射在晶體中呈「之」字形全反射傳播，有效地減小熱透鏡、熱致應力雙折射、表面形變等一系列熱效應，最終改善雷射輸出功率並影響輸出的光束質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明實施例1新型雷射放大器的結構示意圖。
[0018]圖2是本發明實施例2新型雷射放大器的結構示意圖。
[0019]圖3是本發明新型雷射放大器的工作結構端面示意圖。
[0020]圖4是本發明實施例1新型雷射放大器的雷射工作物質側面示意圖。
[0021]圖5是本發明實施例2新型雷射放大器的雷射工作物質側面示意圖。

【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及具體實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，而不構成對本發明的限制。
[0023]本發明提供一種新型雷射放大器，包括:沿光路布置的光學稜鏡2、雷射工作物質I和光學稜鏡3。
[0024]其中，所述雷射工作物質I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內或向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；雷射工作物質I各個面均精確拋光；光學稜鏡2和光學稜鏡3相同。
[0025]本發明由於有效的減小了內部折射率梯度，因此折射率梯度減小很多，光束通過晶體不同位置時經歷光學長度差異減小，可以有效減弱光束產生的波前畸變；製作簡單且成本低廉，容易滿足對加工工藝的精度要求。
[0026]實施例1
[0027]如圖1所示，本發明實施例1的新型雷射放大器，包括:沿光路布置的光學稜鏡2、雷射工作物質I和光學稜鏡3。
[0028]其中，所述雷射工作物質I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；雷射工作物質I各個面均精確拋光；光學稜鏡2和光學稜鏡3相同。
[0029]所述光學稜鏡2、光學稜鏡3相同，所述光學稜鏡2、光學稜鏡3為圓柱體切除椎體後的形狀。
[0030]所述雷射工作物質1、光學稜鏡2和光學稜鏡3具有圓錐面，分別為圓錐面4、5、6、7，所述圓錐面4、5、6、7用於調節雷射方向，既可鍍制增透膜層也可不鍍制膜層。
[0031]所述雷射工作物質I的內部和/或外部具有冷卻水路，即內部和外部都可以通水冷卻。如圖3所示，冷卻水8設置在石英玻璃管9和雷射工作物質I之間，所述雷射二極體10用於側面泵浦。
[0032]相對於整個放大器的對稱軸，整個放大器呈對稱結構，所述光學稜鏡2和光學稜鏡3相對於所述雷射工作物質I對稱布置。
[0033]工作時，雷射束從所述光學稜鏡2輸入所述雷射工作物質1，沿「之」字形路徑全反射前行，經雷射工作物質I的端面6輸出，進入所述光學稜鏡3，最終從所述光學稜鏡3準直輸出。有效地減小熱透鏡、熱致應力雙折射、表面形變等一系列熱效應。
[0034]該雷射放大器，能夠有效地減弱晶體熱透鏡效應、減小內部的熱應力和減弱光束波前畸變。使用這種雷射放大器製成的雷射二極體側面泵浦的Nd:YAG雷射器可以獲得更高輸出功率、光束質量更好的雷射。
[0035]實施例2
[0036]如圖2所示，本發明實施例2的新型雷射放大器，包括:沿光路布置的光學稜鏡2、雷射工作物質I和光學稜鏡3。
[0037]其中，所述雷射工作物質I為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向外加工倒角，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；雷射工作物質I各個面均精確拋光；光學稜鏡2和光學稜鏡3相同。
[0038]所述光學稜鏡2、光學稜鏡3相同，所述光學稜鏡2、光學稜鏡3為圓錐體。
[0039]所述雷射工作物質1、光學稜鏡2和光學稜鏡3具有圓錐面，分別為圓錐面4、5、6、7，所述圓錐面4、5、6、7用於調節雷射方向，既可鍍制增透膜層也可不鍍制膜層。
[0040]所述雷射工作物質I的內部和/或外部具有冷卻水路，即內部和外部都可以通水冷卻，減小泵浦過程晶體內部產生的熱效應。如圖3所示，冷卻水8設置在石英玻璃管9和雷射工作物質I之間，所述雷射二極體10用於側面泵浦。
[0041]相對於整個放大器的對稱軸，整個放大器呈對稱結構，所述光學稜鏡2和光學稜鏡3相對於所述雷射工作物質I對稱布置。
[0042]工作時，雷射束從所述光學稜鏡2輸入所述雷射工作物質1，沿「之」字形路徑全反射前行，經雷射工作物質I的端面6輸出，進入所述光學稜鏡3，最終從所述光學稜鏡3準直輸出。有效地減小熱透鏡、熱致應力雙折射、表面形變等一系列熱效應。
[0043]上述實施例1、2中，所述雷射工作物質I的材料為Nd:YAG, Nd:YV04、Yb:YAG, Nd:YLF、Nd:Gd:V04、釹玻璃或鉺玻璃。進一步地，所述雷射工作物質I長度為38-150mm，壁厚為 2_10mm。
[0044]以上所述本發明的【具體實施方式】，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何根據本發明的技術構思所作出的各種其他相應的改變與變形，均應包含在本發明權利要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種新型雷射放大器，其特徵在於，包括:沿光路布置的光學稜鏡(2)、雷射工作物質⑴和光學稜鏡⑶； 其中，所述雷射工作物質(I)為管型棒狀晶體，所述管型棒狀晶體的兩端向內或向外加工倒角區域，所述管型棒狀晶體的截面呈梯形；雷射工作物質(I)各個面均精確拋光；光學稜鏡(2)和光學稜鏡(3)相同。
2.如權利要求1所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述光學稜鏡(2)、光學稜鏡(3)為圓柱體切除椎體後的形狀。
3.如權利要求1所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述光學稜鏡(2)、光學稜鏡(3)為圓錐體。
4.如權利要求2或3所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述雷射工作物質(I)、光學稜鏡(2)和光學稜鏡(3)具有圓錐面，所述圓錐面用於調節雷射方向。
5.如權利要求2或3所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述光學稜鏡(2)和光學稜鏡(3)相對於所述雷射工作物質(I)對稱布置；工作時，雷射束從所述光學稜鏡(2)輸入所述雷射工作物質(I)，沿「之」字形路徑全反射前行，經雷射工作物質(I)的端面(6)輸出，進入所述光學稜鏡(3)，最終從所述光學稜鏡(3)輸出。
6.如權利要求1所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述雷射工作物質(I)的材料為Nd:YAG、Nd:YV04、Yb:YAG、Nd:YLF、Nd:Gd:V04、釹玻璃或鉺玻璃。
7.如權利要求1所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述雷射工作物質(I)長度為38-150mm，壁厚為 2_10_。
8.如權利要求1所述的新型雷射放大器，其特徵在於，所述雷射工作物質(I)的內部和/或外部具有冷卻水路。
【文檔編號】H01S3/042GK104505704SQ201410776084
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】樊仲維, 肖紅, 趙天卓, 黃科 申請人:中國科學院光電研究院