直線腔大功率全固態雷射器的製作方法

2023-06-02 21:51:01 1

專利名稱：直線腔大功率全固態雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射器技術領域，尤其是指一種直線腔大功率全固態雷射器。
背景技術：
雷射二極體(LD)泵浦技術的興起，使最早出現並已有近四十年發展史的固體雷射 器重新煥發出勃勃生機。高效、大功率的全固態雷射器(DPL)是雷射領域最重要的前沿課題之一，它兼備了 半導體雷射器和燈泵固體雷射器的雙重優點，具有體積小、效率高、穩定性好和壽命長等性 能，成為近年來雷射學科的重點發展方向之一，在科研、醫療、通訊和大屏幕彩色顯示、工業 加工、軍事等領域有著廣闊的應用前景並且有很大的市場潛力。高功率全固態雷射在物理學、化學、材料科學、生命科學、環境科學、能源科學等國 民經濟、前沿科學研究方面具有重要應用；在雷射雷達、光電對抗等國家安全領域更有重大 的應用潛力。為突破全固態雷射器高功率化的發展瓶頸，解決全固態高功率雷射的核心科 學問題一「三高」(即高功率、高光束質量和高轉換效率)，迫切需要結合高平均功率、高峰功 率等雷射實驗系統，開展雷射材料、原理方案、關鍵技術等方面的基礎研究，進一步發展光 束時間、空間、頻譜的控制技術。國家「雷射高技術及產業化」重大專項計劃，鼓勵國內在高功率雷射設計理論、單 元技術和系統研製方面具有優勢的研究機構，開展高功率固體雷射技術與應用的創新研目前，大功率全固態雷射器雷射晶體主要有KTP晶體和LBO晶體，由於使用KTP晶 體較難調試雷射，市場上大功率全固態雷射器主要使用LBO晶體。由LBO晶體的屬性決定 了雷射腔體只能為摺疊腔結構。由於摺疊腔的腔體結構較長，雷射透過的光學鏡片較多，損 失的功率較大，光轉換效率低。清華大學電子工程系梁喆等發表了文章《聲光調Q全固態綠光雷射器中的雙控驅 動電路》，研製出新型聲光碟機動器，能夠同步控制聲光Q開關和LD抽運源的工作時間，並具 有IOW以上的輸出功率及15ns (1個聲光碟機動射頻周期)內的調Q開關時間。應用該驅動 器的全固態調Q綠光雷射器的能耗減少50%以上，溫升減少10°C以上，熱穩定時間減少到 22%，用IW的LD抽運，得到了脈寬14. 5ns、峰值功率IkW的無寄生脈衝綠雷射輸出。西北大學物理學系解慧明等發表了文章《雙端抽運雙Nd :YV04連續綠光雷射器》， 為了提高半導體雷射器抽運的全固態雷射器的輸出功率與光-光轉換效率，設計並使用了 雙端抽運雙Nd :YV04綠光雷射器。通過雷射晶體溫度場特性的研究以及依據光束的傳輸矩 陣，分析了雙雷射晶體熱透鏡效應對於諧振腔穩定性的影響，設計了雙端抽運雙雷射晶體 摺疊腔。在雙端抽運雙Nd :YV04綠光雷射器系統中，LBO晶體採用了 I類非臨界相位匹配 腔內倍頻方式，當抽運光功率為26. 56W時，獲得了 5. 5W的穩定連續綠光輸出，其光-光 轉換效率為20. %。結果同時表明，在諧振腔內插入雙雷射增益介質，不僅可以提高雷射 器的光-光轉換效率，而且兩個雷射晶體熱透鏡效應相互作用的結果可以增強諧振腔的穩定性。然而，KTP晶體的熱效應以及聲光Q開關關不住門從而大大限制了高功率綠光的 輸出，特別是在腔內倍頻的諧振腔內，功率密度特別高，雖然這可以提高倍頻效率，但是過 高的功率密度導致倍頻晶體更顯著的熱效應，致使倍頻晶體相位失配，大大降低了倍頻效 率；另一方面，聲光Q開關關不斷導致光外洩，降低效率。因此，現有的雷射器的輸出功率 做到30W以內，難以滿足生產加工使用的需求。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種光束質量好、輸出功率大、效率高、壽命 長的直線腔大功率全固態雷射器。為了解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案一種直線腔大功率全固 態雷射器，包括輸出鏡、KTP晶體、諧波鏡、側泵模塊、Q開關及後腔鏡，所述輸出鏡、KTP晶 體、諧波鏡、側泵模塊、Q開關及後腔鏡呈直線從左到右依次布置；所述側泵模塊包括側面 泵浦和雷射晶體，該側面泵浦為固態半導體二極體雷射器；所述諧波鏡的膜層設置於所述 側泵模塊的雷射晶體的左端面，輸出鏡的膜層設置於KTP晶體的左端面。其中，所述側泵模塊的雷射晶體的右側面與Q開關的左側面之間的距離為15mm 25 mm。其中，所述KTP晶體的中段與所述側泵模塊的雷射晶體的中段之間的距離為 IlOmm 130 mm 0其中，所述後腔鏡的中段與所述側泵模塊的雷射晶體的中段之間的距離為 IlOmm 130 mm 0本實用新型的有益效果在於本實用新型提供了一種直線腔大功率全固態雷射 器，採用直線腔結構，並把諧波鏡的膜層直接做到雷射晶體的左端面，即YAG棒的左端面， 把輸出鏡的膜層直接做到KTP晶體的左端面，這樣整套雷射器只有一個單獨的後腔鏡(Ml 鏡片)，結構簡單可靠、體積小、轉換效率高，輸出功率為50W，最高峰值功率大於25KW。本實 用新型所述直線腔大功率全固態雷射器集半導體雷射器和固體雷射器的優勢於一體，輸出 功率為50W，重複頻率lOKHz-lOO KHz，雷射脈衝寬度小於30ns，最高峰值功率大於25KW，波 長為532nm，大大提高了雷射的光束質量和輸出功率，效率高、壽命長、可靠性高，可應用於 高精度的半導體與太陽能電池等雷射加工領域及雷射娛樂領域，大大滿足了生產加工使用 的需求，實用性強。

圖1為本實用新型原理框圖。圖2為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本實用新型作進一步 的說明，實施方式提及的內容並非對本實用新型的限定。如圖1和圖2所示，一種直線腔大功率全固態雷射器，包括輸出鏡1、KTP晶體2、諧波鏡3、側泵模塊4、Q開關5及後腔鏡6，所述輸出鏡1、KTP晶體2、諧波鏡3 (Μ2鏡片)、側 泵模塊4、Q開關5及後腔鏡6 (Ml鏡片)呈直線從左到右依次布置；所述側泵模塊4包括側 面泵浦和雷射晶體，該側面泵浦為固態半導體二極體雷射器(LD)，所述雷射晶體為Nd =YAG 晶體(摻釹釔鋁石榴石)；所述諧波鏡3的膜層設置於Nd =YAG晶體的左端面，輸出鏡1的膜 層設置於KTP晶體2的左端面。本實施例的諧振腔為I類非臨界相位匹配KPT晶體腔內倍 頻結構，諧振腔內放入聲光調光Q開關5，實現了巨脈衝綠色雷射的輸出。首先，由於半導體雷射的發射波長與固體雷射工作物質的吸收峰相吻合，加之泵 浦光模式可以很好地與雷射振蕩模式相匹配，從而光光轉換效率很高，已達50%以上，整機 效率也可以與二氧化碳雷射器相當，比燈泵固體雷射器高出一個量級，因而二極體泵浦激 光器體積小、重量輕，結構緊湊；其次，固態半導體二極體雷射器(LD)的壽命大大長於閃光 燈，達15000小時，泵浦光的能量穩定性好，比閃光燈泵浦優一個數量級，性能可靠，為全固 化器件，無需維護，尤其適用於大規模生產線；另外，由於二極體泵浦雷射的高轉換效率，減 少了雷射工作物質的熱透鏡效應，大大改善了雷射器的輸出光束質量。本技術方案採用直線腔結構，並把諧波鏡3的膜層直接做到Nd =YAG晶體的左端 面，即YAG棒的左端面，把輸出鏡1的膜層直接做到KTP晶體2的左端面，這樣整套雷射器 只有一個單獨的後腔鏡6 (Ml鏡片)，採用直線腔的結構，從而縮短了腔長，所需的光學鏡片 也較少，損失功率也較少，光轉換效率高；結構簡單可靠、體積小、轉換效率高，輸出功率為 50W，最高峰值功率大於25KW。本實用新型所述直線腔大功率全固態雷射器集半導體雷射 器和固體雷射器的優勢於一體，輸出功率為50W，重複頻率lOKHz-lOO KHz，雷射脈衝寬度小 於30ns，最高峰值功率大於25KW，波長為532nm，大大提高了雷射的光束質量和輸出功率， 效率高、壽命長、可靠性高，可應用於高精度的半導體與太陽能電池等雷射加工領域及雷射 娛樂領域，大大滿足了生產加工使用的需求，實用性強。在本技術方案中，所述後腔鏡6的左側面的鍍膜指標為HR@1064nm，後腔鏡6的 右側面的鍍膜指標為AR@1064nm ；所述Q開關5的左側面的鍍膜指標為AR(M064nm，Q開 關5的右側面的鍍膜指標為AR(M064nm ；所述側泵模塊4的Nd =YAG晶體的左側面的鍍膜 指標為AR@1064nm和HR@53aim，Nd :YAG晶體的右側面的鍍膜指標為AR@106^m ；所述KTP 晶體2的左側面的鍍膜指標為HR@1064nm和AR@532nm，KTP晶體2的右側面的鍍膜指標為 AR01064&532nm。具體的，所述側泵模塊4的Nd =YAG晶體的右側面與Q開關5的左側面之間的距離 為15mm 25 mm ；所述KTP晶體2的中段與所述側泵模塊4的Nd =YAG晶體的中段之間的 距離為IlOmm 130 mm ；所述後腔鏡6的中段與所述側泵模塊4的Nd =YAG晶體的中段之 間的距離為IlOmm 130 mm。本實用新型縮短了雷射器的腔長，減小了設備的體積大小， 結構緊湊，方便運輸、安裝和存放。優選的實施方式是所述側泵模塊4的Nd =YAG晶體的 右側面與Q開關5的左側面之間的距離為20 mm ；所述KTP晶體2的中段與所述側泵模塊4 的Nd =YAG晶體的中段之間的距離為120mm ；所述後腔鏡6的中段與Nd =YAG晶體的中段之 間的距離為120 mm。本實施例的所述KTP晶體2為高抗灰跡KTP晶體2，採用高抗灰跡KTP晶體2，提 高了效率的同時，進一步延長了設備的使用壽命。上述實施例為本實用新型較佳的實現方案之一，除此之外，本實用新型還可以其它方式實現，在不脫離本實用新型發明構思的前提下任何顯而易見的替換均在本實用新型 的保護範圍之內。
權利要求1.直線腔大功率全固態雷射器，包括輸出鏡(1)、KTP晶體(2)、諧波鏡(3)、側泵模塊 (4)、Q開關(5)及後腔鏡(6)，其特徵在於所述輸出鏡(1)、KTP晶體(2)、諧波鏡(3)、側泵 模塊(4)、Q開關(5)及後腔鏡(6)呈直線從左到右依次設置；所述側泵模塊(4)包括側面泵 浦和雷射晶體，該側面泵浦為固態半導體二極體雷射器；所述諧波鏡(3)的膜層設置於所 述雷射晶體的左端面，輸出鏡(1)的膜層設置於KTP晶體(2)的左端面。
2.根據權利要求1所述的直線腔大功率全固態雷射器，其特徵在於所述側泵模塊的 雷射晶體的右側面與Q開關(5)的左側面之間的距離為15mm 25 mm。
3.根據權利要求1所述的直線腔大功率全固態雷射器，其特徵在於所述KTP晶體(2) 的中段與所述側泵模塊的雷射晶體的中段之間的距離為IlOmm 130 mm。
4.根據權利要求1所述的直線腔大功率全固態雷射器，其特徵在於所述後腔鏡(6)的 中段與所述側泵模塊的雷射晶體的中段之間的距離為IlOmm 130 mm。
專利摘要本實用新型涉及雷射器技術領域，尤其是指一種直線腔大功率全固態雷射器，包括呈直線從左到右依次布設置的輸出鏡、KTP晶體、諧波鏡、側泵模塊、Q開關及後腔鏡，所述側泵模塊包括側面泵浦和雷射晶體，該側面泵浦為固態半導體二極體雷射器；所述諧波鏡的膜層設置於所述雷射晶體的左端面，輸出鏡的膜層設置於KTP晶體的左端面。本實用新型大大提高了雷射的光束質量和輸出功率，效率高、壽命長、可靠性高，可應用於高精度的半導體與太陽能電池等雷射加工領域及雷射娛樂領域，大大滿足了生產加工使用的需求，實用性強。
文檔編號H01S3/06GK201918632SQ20102068202
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月27日 優先權日2010年12月27日
發明者林鵬 申請人:東莞市環宇雷射工程有限公司