一種雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法
2023-04-30 01:59:06
專利名稱：一種雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法
技術領域：
本發明是關於一種雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法，特別是關於一種簡單可靠的雙端面泵浦雷射器或雷射放大器的泵浦同軸度調節方法。
背景技術：
自20世紀90年代以來，端面泵浦全固態雷射器的發展日新月異，成為國際國內雷射技術的研究熱點。根據雷射二極體及其陣列輸出光功率的大小及輸出光束的特點，通常有端面泵浦(縱向泵浦)和側面泵浦(橫向泵浦)兩種方式。端面泵浦是中小功率LD泵浦固體雷射器常用的一種泵浦方式。具有結構緊湊，整體效率高，空間模式好的特點。端面泵浦全固態雷射器中，LD輸出的空間相干光束，沿著光學諧振腔的軸向泵浦，光束聚焦在增益介質的一個小體積內。諧振腔的參數保證泵浦光和諧振腔模的激發空間能很好地重疊在一起，達到模式匹配，因此可以獲得非常好的雷射光束質量。同時，端面泵浦在入射方向的穿透度很大，增益介質對泵浦光吸收充分，因而泵浦閾值功率低，斜效率較高。請參照圖1，圖1示出的是一種傳統的單端面泵浦雷射器。單端面泵浦雷射器包括一個泵浦源(圖未示)、一個泵浦雷射傳輸光纖1、一個泵浦整形透鏡組2、一個後腔鏡3、一個雷射晶體4和一個輸出鏡5。泵浦雷射傳輸光纖1的一端連接泵浦源，另一端連接泵浦整形透鏡組2。自泵浦源發出的泵浦雷射6依次經過泵浦雷射傳輸光纖1、泵浦整形透鏡組 2和後腔鏡3輸入到雷射晶體4的端面，經過諧振腔的振蕩後，從雷射晶體4的另一個端面出射為振蕩雷射7，最終從輸出鏡5出射。光路中還可以設置其他光學元件，例如調Q晶體等。為了達到模式匹配條件，單端面泵浦雷射器裝調的時候，除了要精細的調節後腔鏡3和輸出鏡5以外，還需要調節泵浦透鏡組2的位置，以使得泵浦雷射6和振蕩雷射7達到最佳的重合狀態。另外，公開號為CN101132108A發明名稱為「半導體泵浦高重頻固體雷射器」的中國發明專利申請公布說明書、專利號為200510005309. 0發明名稱為「主被動調Q單縱模雷射器」也公開了現有的單端面泵浦雷射器。然而，由於晶體的熱效應的存在，即受晶體中的熱效應所產生的熱應力不能超過雷射晶體的斷裂應力的限制，增益介質單位面積上存在最大泵浦功率不能很高，過高的泵浦功率將導致晶體的損壞，因此單端面泵浦雷射器通常只能獲得較低的雷射輸出功率，並由此產生的熱透鏡效應嚴重影響了雷射器的光束質量，同時長期運行穩定性也會受到很大影響。這使得單端面泵浦在實際雷射應用中受到一定的限制。為了進一步提高端面泵浦雷射器的輸出功率，雙端面泵浦雷射器應用而生。請參照圖2，圖2示出的是一種傳統的雙端面泵浦雷射器10。雙端面泵浦雷射器10包括一個第一泵浦源(圖未示)、一個第二泵浦源(圖未示)、一個第一泵浦雷射傳輸光纖11、一個第二泵浦雷射傳輸光纖17、一個第一泵浦整形透鏡組12、一個第二泵浦整形透鏡組16、一個第一腔鏡18、一個第二腔鏡19、一個後腔鏡110、一個輸出鏡111和一個雷射晶體112。第一腔鏡18、第二腔鏡19、後腔鏡110和輸出鏡111組成諧振腔。第一泵浦雷射傳輸光纖11的一端連接該第一泵浦源，另一端連接到第一泵浦整形透鏡組12。第二泵浦雷射傳輸光纖 17的一端連接該第二泵浦源，另一端連接到第二泵浦整形透鏡組16。第一泵浦雷射傳輸光纖11用於將第一泵浦源產生的泵浦雷射13耦合到第一泵浦整形透鏡組12，第一泵浦整形透鏡組12用於對該泵浦雷射13準直聚焦，該泵浦雷射13經過第一腔鏡18後輸入到雷射晶體112的一個端面。第二泵浦雷射傳輸光纖17用於將第二泵浦源產生的泵浦雷射15耦合到第二泵浦整形透鏡組16，第二泵浦整形透鏡組16用於對該泵浦雷射15準直聚焦，該泵浦雷射15經過第二腔鏡19後輸入到雷射晶體112的另一個端面。由於泵浦雷射13、15是從雷射晶體112的兩個端面分別注入，因此晶體在端面損失閾值的極限範圍內所允許的泵浦功率比單端面泵浦整整提高了一倍，因此雙端面泵浦雷射器在保持好的模式質量的同時輸出功率可以大幅度的提高。相對於單端面泵浦雷射器，雙端面泵浦雷射器為了達到模式匹配條件，結構非常複雜，調節起來也比較麻煩不僅要調節第一泵浦整形透鏡組12和第二泵浦整形透鏡組16 使泵浦雷射13和15與振蕩雷射14重合以外，還需要調節泵浦雷射13和泵浦雷射15嚴格同軸，這樣才能達到最好的模式匹配，獲得最好的光束質量和最高的輸出雷射功率。通常的做法是分別把第一泵浦整形透鏡組12和第二泵浦整形透鏡組16安裝在五維調節架上，實時監測輸出雷射的功率和光斑模式，在線分別調整兩個泵浦透鏡組12、16的五維自由度和前後兩個腔鏡110和111，直到雷射功率和光斑模式同時達到最佳狀態，然後固定五維調整架。這樣的調試過程需要調節的環節非常多，整個調試過程非常繁瑣，要花費大量的時間。 而且由於必須要在是雷射器出光的時候在線調試，很容易造成雷射晶體的損壞。
發明內容
為了解決現有技術雙端面泵浦雷射器泵浦同軸度調節方法較為繁瑣、容易損壞雷射晶體的問題，本發明提供一種較為簡單且不容易損壞雷射晶體的雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法。本發明的技術方案是一種雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法，所述雙端面泵浦雷射裝置包括依序設置的第一泵浦雷射傳輸光纖、第一泵浦整形透鏡組、第二泵浦整形透鏡組和第二泵浦雷射傳輸光纖，其特徵在於，該方法包括下列步驟a.從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端輸入泵浦雷射，該泵浦雷射依次經第一泵浦整形透鏡組、第二泵浦整形透鏡組後從第二泵浦雷射傳輸光纖輸出，從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量輸出功率；b.調節第一泵浦整形透鏡組的位置，直到從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率最大；c.從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端輸入泵浦雷射，該泵浦雷射依次經第二泵浦整形透鏡組、第一泵浦整形透鏡組後從第一泵浦雷射傳輸光纖輸出，從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量輸出功率；d.調節第二泵浦整形透鏡組的位置，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率最大；e.重複步驟a至步驟d，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端和從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率都達到最大。在本發明的一個實施方式中，所述步驟a還包括調節所述第二泵浦整形透鏡組的位置，使得從第二泵浦雷射傳輸光纖的一端測量到雷射輸出功率為非零數值。在本發明的一個實施方式中，所述步驟c還包括調節所述第一泵浦整形透鏡組的位置，使得從第一泵浦雷射傳輸光纖的一端測量到雷射輸出功率為非零數值。在本發明的一個實施方式中，所述泵浦雷射使用泵浦二極體產生。在本發明的一個實施方式中，所述測量輸出功率是使用雷射功率計來測量的。在本發明的一個實施方式中，所述第一泵浦雷射傳輸光纖的頭端耦合到所述第一泵浦整形透鏡組，所述第二泵浦雷射傳輸光纖的頭端耦合到所述第二泵浦整形透鏡組。在本發明的一個實施方式中，所述雙端面泵浦雷射裝置的第一泵浦整形透鏡組和第二泵浦整形透鏡組之間設置具有雷射晶體的諧振腔。在本發明的一個實施方式中，所述諧振腔包括一個第一腔鏡、一個第二腔鏡、一個後腔鏡和一個輸出鏡，所述第一腔鏡位於第一泵浦整形透鏡組與所述雷射晶體的一個端面之間，所述第二腔鏡位於第二泵浦整形透鏡組與所述雷射晶體的另一個端面之間，所述後腔鏡在所述第一腔鏡的反射光路上，所述輸出鏡在所述第二腔鏡的反射光路上。本發明雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法無需在線調試，從而可以避免損壞雷射晶體。並且本發明調節方法簡單，容易操作且節省調試時間。
圖1是一種傳統的單端面泵浦雷射器的結構示意圖。圖2是一種傳統的雙端面泵浦雷射器的結構示意圖。圖3是本發明同軸度調節方法較佳實施方式所調節的雙端面泵浦雷射裝置的結構示意圖。圖4是本發明雙端面泵浦雷射裝置的同軸度調節方法較佳實施方式的流程圖。
具體實施例方式下面介紹本發明雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法的一種較佳實施方式。請參照圖3，圖3示出的是本發明同軸度調節方法較佳實施方式所調節的雙端面泵浦雷射裝置20。雙端面泵浦雷射器20包括一個第一泵浦雷射傳輸光纖21、一個第二泵浦雷射傳輸光纖27、一個第一泵浦整形透鏡組22、一個第二泵浦整形透鏡組沈、一個諧振腔(未標號)和一個雷射晶體212。諧振腔包括一個第一腔鏡觀、一個第二腔鏡四、一個後腔鏡210和一個輸出鏡211。第一泵浦雷射傳輸光纖21具有一個頭端214和一個尾端 216，頭端214耦合到第一泵浦整形透鏡組22，尾端216在正常工作時耦合到一個第一泵浦源，但目前為了後續的同軸度調節暫且預先自由懸置。第二泵浦雷射傳輸光纖27具有一個頭端274和一個尾端276，頭端274耦合到第二泵浦整形透鏡組沈，尾端276在正常工作時耦合到一個第二泵浦源，但目前為了後續的同軸度調節暫且預先自由懸置。第一腔鏡28位於第一泵浦整形透鏡組22與雷射晶體212的第一端面2121之間， 第二腔鏡四位於第二泵浦整形透鏡組沈與雷射晶體212的與第一端面2121相對的第二端面2122之間。後腔鏡210在第一腔鏡觀的反射光路上，輸出鏡211在第二腔鏡四的反射光路上。第一泵浦雷射傳輸光纖21用於將正常工作時該第一泵浦源產生的泵浦雷射23耦合到第一泵浦整形透鏡組22，第一泵浦整形透鏡組22用於對該泵浦雷射23準直聚焦，該泵浦雷射23經過第一腔鏡觀後輸入到雷射晶體212的第一端面2121。第二泵浦雷射傳輸光纖27用於將正常工作時該第二泵浦源產生的泵浦雷射25耦合到第二泵浦整形透鏡組 26，第二泵浦整形透鏡組沈用於對該泵浦雷射25準直聚焦，該泵浦雷射25經過第二腔鏡 29後輸入到雷射晶體212的第二端面2122。雷射晶體212可以是Nd:YV04，也可以是Nd:GdV04或Nd:YLF等晶體。第一、第二泵浦整形透鏡組22、26的每一個透鏡的左右曲率根據需要可以不同。請結合參照圖3和圖4，下面介紹利用本發明同軸度調整方法調整雙端面泵浦雷射裝置20的步驟。步驟a 從第一泵浦雷射傳輸光纖21的尾端輸入泵浦雷射，從第二泵浦雷射傳輸光纖27的尾端測量輸出功率；在第一泵浦雷射傳輸光纖21的尾端216接上泵浦二極體，在第二泵浦雷射傳輸光纖27的尾端276用雷射功率計監測第二泵浦雷射傳輸光纖27的輸出功率。調節第二泵浦整形透鏡組沈的上下、左右、前後位置，使泵浦二極體發出的泵浦雷射在經過雷射晶體212 吸收以後的剩餘部分可以通過第二泵浦整形透鏡組26進入第二泵浦雷射傳輸光纖27而從尾端276輸出。在本實施方式中，第二泵浦整形透鏡組沈安放在五維調節架進行位置調節， 但通常熟練操作以後可以用手直接調節。步驟b 調節第一泵浦整形透鏡組22的位置，直到從第二泵浦雷射傳輸光纖27的尾端測量到的輸出功率最大；在本實施方式中，第一泵浦整形透鏡組22安放在五維調節架進行位置調節，但通常熟練操作以後可以用手直接調節。通過監測雷射功率計的讀數，優化調節第一泵浦整形透鏡組22的位置，直到功率計達到最高的讀數。調節的時候第一泵浦整形透鏡組22不斷的逼近最佳位置，輸出功率會逐漸提高，到了最佳位置以後輸出功率達到最大值，再繼續調節功率則會下降，因此很容易找到最佳位置，即最高功率處。步驟c 從第二泵浦雷射傳輸光纖27的尾端輸入泵浦雷射，從第一泵浦雷射傳輸光纖21的尾端測量輸出功率；將該泵浦二極體和雷射功率計的位置互換，即，在第二泵浦雷射傳輸光纖27的尾端276接上泵浦二極體，在第一泵浦雷射傳輸光纖21的尾端216用雷射功率計監測第一泵浦雷射傳輸光纖21的輸出功率。調節第一泵浦整形透鏡組22的上下、左右、前後位置，使泵浦二極體發出的泵浦雷射在經過雷射晶體212吸收以後的剩餘部分可以通過第一泵浦整形透鏡組22進入第一泵浦雷射傳輸光纖21而從尾端216輸出。步驟d 調節第二泵浦整形透鏡組沈的位置，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖21的尾端測量到的輸出功率最大；類似於步驟b，通過監測雷射功率計的讀數，優化調節第二泵浦整形透鏡組沈的位置，直到功率計達到最高的讀數。步驟e 重複步驟a至步驟d，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖21的尾端和從第二泵浦雷射傳輸光纖27的尾端測量到的輸出功率都達到最大。通過多次重複步驟a至步驟d，最終使得第一、第二泵浦雷射傳輸光纖21、27尾端 216、276的輸出功率都達到最高狀態，這時右側泵浦雷射23和左側的泵浦雷射25達到了最佳的重合狀態，分別固定第一泵浦整形透鏡組22和第二泵浦整形透鏡組26。另外，最後調節後腔鏡210和輸出鏡211，雷射器就可以獲得最佳的輸出狀態。值得指出的是，本發明雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法可以在還沒有安裝諧振腔和雷射晶體212的時候進行，待調節完畢後再將諧振腔和雷射晶體212安裝使用。本發明雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法可以用於調節雙端面泵浦雷射器、雷射放大器等。本發明雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法所調節的雙端面泵浦雷射裝置可以具有多種諧振腔。綜上所述，本發明雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法無需在線調試，從而可以避免損壞雷射晶體。並且本發明調節方法簡單，容易操作且節省調試時間。為了舉例說明本發明的實現，描述了上述的具體實施方式
。但是本發明的其他變化和修改，對於本領域技術人員是顯而易見的，在本發明所公開的實質和基本原則範圍內的任何修改/變化或者仿效變換都屬於本發明的權利要求保護範圍。
權利要求
1.一種雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法，所述雙端面泵浦雷射裝置包括依序設置的第一泵浦雷射傳輸光纖、第一泵浦整形透鏡組、第二泵浦整形透鏡組和第二泵浦雷射傳輸光纖，其特徵在於，該方法包括下列步驟a.從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端輸入泵浦雷射，該泵浦雷射依次經第一泵浦整形透鏡組、第二泵浦整形透鏡組後從第二泵浦雷射傳輸光纖輸出，從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量輸出功率；b.調節第一泵浦整形透鏡組的位置，直到從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率最大；c.從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端輸入泵浦雷射，該泵浦雷射依次經第二泵浦整形透鏡組、第一泵浦整形透鏡組後從第一泵浦雷射傳輸光纖輸出，從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量輸出功率；d.調節第二泵浦整形透鏡組的位置，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率最大；e.重複步驟a至步驟d，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端和從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率都達到最大。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟a還包括調節所述第二泵浦整形透鏡組的位置，使得從第二泵浦雷射傳輸光纖的一端測量到雷射輸出功率為非零數值。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟c還包括調節所述第一泵浦整形透鏡組的位置，使得從第一泵浦雷射傳輸光纖的一端測量到雷射輸出功率為非零數值。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述泵浦雷射使用泵浦二極體產生。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述測量輸出功率是使用雷射功率計來測量的。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述第一泵浦雷射傳輸光纖的頭端耦合到所述第一泵浦整形透鏡組，所述第二泵浦雷射傳輸光纖的頭端耦合到所述第二泵浦整形透鏡組。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述雙端面泵浦雷射裝置的第一泵浦整形透鏡組和第二泵浦整形透鏡組之間設置具有雷射晶體的諧振腔。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於所述諧振腔包括一個第一腔鏡、一個第二腔鏡、一個後腔鏡和一個輸出鏡，所述第一腔鏡位於第一泵浦整形透鏡組與所述雷射晶體的一個端面之間，所述第二腔鏡位於第二泵浦整形透鏡組與所述雷射晶體的另一個端面之間，所述後腔鏡在所述第一腔鏡的反射光路上，所述輸出鏡在所述第二腔鏡的反射光路上。
全文摘要
本發明公開了一種雙端面泵浦雷射裝置的泵浦同軸度調節方法，包括步驟a.從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端輸入泵浦雷射，從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量輸出功率；b.調節第一泵浦整形透鏡組的位置，直到從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率最大；c.從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端輸入泵浦雷射，從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量輸出功率；d.調節第二泵浦整形透鏡組的位置，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率最大；e.重複步驟a至步驟d，直到從第一泵浦雷射傳輸光纖的尾端和從第二泵浦雷射傳輸光纖的尾端測量到的輸出功率都達到最大。
文檔編號H01S3/0941GK102544986SQ20111008558
公開日2012年7月4日 申請日期2011年4月7日 優先權日2011年4月7日
發明者康治軍, 樊仲維, 王培峰, 石朝輝 申請人:北京國科世紀雷射技術有限公司