單泵浦交叉稜鏡腔雷射振蕩—放大器的製作方法
2023-11-10 02:02:32
專利名稱:單泵浦交叉稜鏡腔雷射振蕩—放大器的製作方法
本發明屬於一種新型高效率的固體雷射振蕩-放大器。
現有技術中雷射放大一般都採用分立的雷射振蕩器和放大器拼湊在一起來實現，所以需要兩套燈、雷射棒、泵浦腔。為了獲得高質量光束的輸出，在振蕩級往往採取小模體積的運轉方式。這種傳統的振蕩-放大系統的主要缺點是體積龐大、效率低。
本發明的目的是製作一種由一個泵浦燈、兩支雷射棒的雷射頭，採用交叉稜鏡腔以及少量輔助器件構成的一種新型高效率固體雷射振蕩-放大器。
對本發明具有參考意義的已有技術列舉如下(一)1984年第8期中國《光學學報》公布的「交叉稜鏡望遠鏡雷射諧振腔」。採用該雷射諧振腔製作的雷射器同時具有高的機械穩定性、光束質量好(近場實心、遠場達到衍射極限)、對雷射棒的光學質量要求較低諸優點，其缺點是在有的運用場合輸出能量偏小。
(二)1984年11月中國航空工業部613研究所介紹的「單燈泵浦雙棒雷射放大器」。該放大器的優點是結構簡單、工作效率高。其缺點是該放大器的雷射振蕩器採用的是平行平面式諧振腔，並且採用直角稜鏡(DⅡ-180°)來實現振蕩-放大器的耦合。
本發明的方案實質在於綜合上述交叉稜鏡望遠鏡雷射諧振腔和單燈泵浦雙棒雷射放大器的優點，在結構上將它們有機地結合起來，製成了一種新型、高效率的固體雷射振蕩-放大器。該振蕩-放大器具有高的機械穩定性、良好的光束質量、提高了已有技術中的器件的效率、大大增加了輸出雷射的能量，同時，對雷射棒的光學質量要求不高，上述諸良好結果的獲得是由採取相應於權項1中的特徵部份的方案所解決的。
本發明的最佳實施例示於附圖1和附圖2，圖中相同的數字表明相同的或相應的部份。一個固體雷射器的雷射頭(10)由平行安裝的振蕩器雷射棒(11)、放大器雷射棒(31)、泵浦燈(13)和泵浦腔(12)所組成，它們之間的相互位置隨泵浦腔的斷面形狀不同而不同。這些斷面形狀可以是a)單蛤殼狀相交圓、b)雙蛤殼狀相交圓、c)雙橢圓(這三種形狀均採用鏡面反射式的泵浦腔)。d)單圓柱(漫反射式泵浦腔)形狀。
交叉稜鏡諧振腔雷射振蕩器(20)由雷射頭(10)和直角稜鏡(DⅡ-180°)(21)、(22)、介質偏振片(23)所組成，當要求調Q運轉或鎖模運轉時可在腔內加入相應的元件。如附圖1中放入電光晶體(24)時即可實現調Q運轉。有兩個全內反射表面的直角稜鏡的通光表面可以是平面的、凹球面的和凸球面的，用它們的不同組合可分別構成交叉稜鏡非穩腔-包括交叉稜鏡望遠鏡雷射諧振腔、穩定腔腔和介穩腔，即交叉波羅(Porro)稜鏡腔。稜鏡(21)、(22)的稜線方位角視雷射器運轉方式-包括連續、脈衝、調Q、鎖模而有不同的放置方式。一般都是交叉的，由於這樣的配置使得雷射振蕩器有很高的機械穩定性，對雷射棒的光學質量要求不高。當稜鏡(21)、(22)和雷射棒(11)等的參數滿足交叉稜鏡望遠腔時，獲得的雷射束可以是單橫模的，即近場是實心的，遠場可以達到衍射極限。關於交叉稜鏡望遠腔雷射器的詳細描述可參閱《光學學報》1984年第8期721頁。
交叉稜鏡腔雷射振蕩器的輸出方式有兩種，在附圖1中(27)是振蕩器的軸向輸出光束，在附圖2中(26)是振蕩器的側向輸出光束，都是從介質偏振片(23)透射或反射得到的。介質偏振片還把腔內光束(25)反射或透射一部分(26)或(27)保留在諧振腔內以維持振蕩。
對於附圖1所示軸向輸出光束(27)，本發明採用通光束表面鍍有增透膜的三面直角稜鏡(或稱為角錐稜鏡)(32)來耦合，它經過三次全內反射把垂直入射到(32)通光表面上的光束(27)偏移一段距離使反射後的光束(33)恰好能射入放大棒(31)，這一點的實現藉助於角錐稜鏡的轉動和移動來實現。如附圖3所示，但在調整中不得使光束落在各分界線上，這種稜鏡有極好的機械穩定性，故用這種耦合方式組成的交叉稜鏡腔雷射振蕩-放大器的機械穩定性是非常高的，這種稜鏡的外形尺寸可按實際需要截取。
對於軸向輸出光束，本發明還有一種採用通光表面鍍增透膜的直角稜鏡(DⅡ-180°)(35)來耦合的方案，見附圖4，利用稜鏡的全內反射把垂直入射到(35)通光表面的光束(27)偏移一段距離，使反射後的光束(33)恰能入射到放大棒(31)上去，但這種結構只在一個方向上有高的機械穩定性，然而仍是本發明的一個可以應用的方案。
對於附圖2所示的側向輸出光束(26)，本發明採用一塊平面全反射鏡(36)來耦合，它的位置恰好能把入射到它上面的光束(26)反射為光束(33)並使(33)完全進入放大棒(31)，例如當介質偏振片(23)用K9玻璃做底板時，對1.06μ的雷射器而言，光束(26)對反射鏡(36)的入射角應為33.5°，這種平面反射鏡應當有規定入射角條件下的全反射膜，顯然，這種耦合方式限於平面反射鏡的特點，耦合的機械穩定性較差，然而這仍然是本發明一個可以應用的方案。
雷射棒(31)，泵浦燈(13)和泵浦腔(12)構成本發明的放大器，然而泵浦燈(13)和泵浦腔(12)又是振蕩器的一部分，這種用一支燈，一個泵浦腔，同時泵浦振蕩棒(11)和放大棒(31)的單燈雙棒雷射頭使得整個振蕩-放大器的結構變得緊湊，效率得以提高，雷射電源得以簡化。
經過放大棒放大後的光束(34)，除保持振蕩器輸出光束(26)或(27)的特性外，能量大大增加了。附圖5是本發明振蕩-放大器實驗得到的輸出與輸入的相對關係曲線。
如果把雷射振蕩器改為其他形式，本發明對單泵浦雷射振蕩-放大器的耦合原理仍然是適用的。例如當用平面或球面全反射鏡代替稜鏡(21)和(22)之後，只要在介質偏振片靠棒的一側加入輸出耦合的波片，系統仍可運轉，但本發明最佳實施例的三個主要優點就不存在了。
權利要求
1.一種由雷射頭和雷射諧振腔組成的固體雷射振蕩-放大器，其特徵在於該振蕩-放大器有一個單燈泵浦兩支雷射棒的雷射頭，採用交叉稜鏡腔和雷射頭中的一支雷射棒(11)以及必要的輔助元件構成雷射振蕩器，雷射頭中的另一支雷射棒(31)用於雷射放大器。在振蕩器和放大器之間用適當的光學元件進行耦合。
2.根據權利要求
1所述的雷射振蕩-放大器，其特徵在於所用的耦合光學元件最好是三面直角稜鏡(或稱角錐稜鏡)，也可以是直角稜鏡(DⅡ-180°)和全反射平面鏡。
3.根據權利要求
1所述的雷射振蕩-放大器，其特徵在于振蕩器所採用的諧振腔可以是交叉稜鏡望遠腔或交叉波羅(Porro)稜鏡腔或交叉稜鏡穩定腔或其他交叉稜鏡非穩定腔，用這些種類腔型所構成的振蕩器可以是軸向輸出的，也可以是側向輸出的。其工作方式可以是連續、調Q、鎖模或自由脈衝方式。
4.根據權利要求
1所述的雷射振蕩-放大器，其特徵在于振蕩器的諧振腔可以採用其他類型的，例如用全反射的平面或球面反射鏡加上波片來取代稜鏡。
專利摘要
單泵浦交叉稜鏡腔雷射振蕩—放大器。涉及 雷射技術領域：
。它是用適當的光學元件把交叉稜 鏡腔雷射振蕩器和單燈雙棒雷射頭結合起來形成 的雷射器件。該器件具有效率高、輸出能量大， 機械穩定性高，光束質量好和對雷射工作物質要 求不高等特點。
文檔編號H01S3/16GK85100857SQ85100857
公開日1985年10月10日 申請日期1985年4月1日
發明者鄧仁亮 申請人:北京工業學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan