专利名称：端面泵浦陶瓷激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光器领域，具体为一种端面泵浦陶瓷激光器。
背景技术：
半导体端面泵浦固体激光器技术日趋成熟。当前，该类激光器可分中小功率和大功率两类。中小功率激光器体积小、光束质量好、功率输出稳定，便于频率转换，通过对腔内或腔外附加非线性晶体，如LB0、ΚΤΡ、ΒΒ0, YLF等，实现绿光、紫外、深紫外等多种波段的连续和脉冲激光输出，并达到了较高的功率。在精密激光标记、硅晶圆切割、PCB板加工、各种塑料制品的标记、太阳能刻膜等方面有非常广泛的应用，其高功率密度达到的标刻效果，更是其他类型激光器不可替代的。大功率激光器依然处在研究阶段，工业使用不多，目前研究致力于小体积、高光束质量、高转换效率等方面，相信在不久的将来，在金属切割方面崭露 ；^角。然而，端面泵浦固体激光器通常使用的单晶晶体目前存在以下缺点(1)、晶体的生长需要在高纯保护气体下生长，需要贵金属离子掺杂，制作周期长，制作难度大，生产成本高，难以获得大批量生产。O)、晶体掺杂难以达到较高浓度，一般只在0.2% -1%之间， 且掺杂离子分布不均勻，限制了转换效率和输出功率的提高。( 、由熔体生长晶体可能引起晶体中的组分分离。G)、晶体尺寸较小，利用率不高。以上几点极大的限制了端面泵浦固体激光器的推广和使用。端面泵浦固体激光器为提高转换效率通常使用吸收系数较高的单晶晶体，常用的为Nd YAG单晶晶体和Nd YVO4单晶晶体。Nd YVO4单晶晶体受激发射截面和吸收系数较高， 在中小功率激光器的转换效率上，占有很大的优势。但是该晶体物理特性相比Nd:YAG单晶晶体较差硬度低，热导率低，热膨胀系数大，导致散热困难，使得激光晶体在较高泵浦功率下极易出现裂痕和坏点。并且，由于NchYVO4单晶晶体吸收效率高，热透镜效应明显，影响谐振腔内光束特性，导致激光难以获得线性输出，限制了其向更高输出功率发展。另外， Nd YVO4单晶晶体上能级寿命较低，在调Q峰值功率较低。Nd YAG单晶晶体在机械特性和热特性上都明显优于NchYVO4单晶晶体，但是吸收系数、受激发射截面均较小。由于NchYVO4 单晶晶体在生长过程中，难以保证其内部掺杂离子的均勻性，在端面泵浦过程中，极容易导致晶体受热不均而碎裂，掺杂浓度越高，该现象就越严重，因此，通常NchYVO4单晶晶体很难在转换效率、尺寸体积和高掺杂浓度三个方面同时获得提高。因此，如何选取合适的材料作为激光晶体，满足吸收、机械特性、热特性等诸多方面，提高激光器的转换效率和输出特性是亟待解决的一个技术难题；激光晶体的热特性是限制端面泵浦方式向高功率发展的瓶颈。
发明内容本实用新型要解决的主要技术问题是，提供一种受热稳定性好、转换效率高的端面泵浦固体激光器。[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种端面泵浦陶瓷激光器，包括泵浦单元、 聚焦耦合系统、谐振腔、安置在谐振腔中的激光晶体，泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统聚焦至激光晶体，其不同之处在于，所述激光晶体为Nd:YAG透明陶瓷晶体。按以上方案，所述Nd YAG透明陶瓷晶体的具体指标包括Nd3+掺杂浓度为 0. 27—Iat. %。按以上方案，所述Nd YAG透明陶瓷晶体的具体指标包括Nd3+掺杂浓度为 0. 7—Iat. %。按以上方案，所述Nd YAG透明陶瓷晶体两个端面均镀有SOSnmAR膜，AR膜反射率 R < 0. 5%。按以上方案，所述Nd:YAG透明陶瓷晶体两个端面还镀有1064nmHT膜，HT膜反射率 R < 0. 2%。按以上方案，所述Nd YAG透明陶瓷晶体的气孔体积小于lppm，孔积率小于 150vol. ppm0按以上方案，所述Nd: YAG透明陶瓷晶体的孔积率小于100vol. ppm。按以上方案，谐振腔包括全反镜、反射镜、输出镜，全反镜、输出镜之间设置将谐振光路偏转的反射镜，谐振光路呈V型，V型夹角为15-50度，其中输出镜为设置在主光轴上的平凹镜。对比现有技术，本实用新型的有益特点如下将激光器晶体由Nd:YAG单晶晶体改为Nd:YAG透明陶瓷晶体，其具有以下优势(1)陶瓷烧结无需贵金属，无需在高纯保护气体下进行，制备时间短，生产成本低。(2)陶瓷制成任意形状，大尺寸的陶瓷，是陶瓷制备方法固有的优势。(3)陶瓷可掺杂高粒子浓度，分布均勻。(4)陶瓷烧结温度比晶体的熔点低，制备出的陶瓷组分偏离小。(5)陶瓷能够对多层材料进行烧结，可以发展多功能陶瓷。(6)优选的，本实用新型端面泵浦陶瓷激光器使用V型结构平凹谐振腔时，输出镜为平凹镜，等效谐振腔为直线型半共心腔，镀膜特性将根据所需要的激光波长来选择，激光晶体在等效直线腔中心，为对称结构，该结构可以有效降低热透镜效应，提高激光输出的稳定性，提高转换效率。平凹谐振腔具有一定的选模能力，能够保证在高光束质量下获得高功率输出。另外该结构空间充足，可附加多种调制或激光器件，可在多种情况下使用。(7)透明激光陶瓷的光学特性对激光输出影响非常大。决定其光学特性的内在原因是内部气孔和晶界晶格的散射，因此晶体光学质量受到气孔率密度、晶界结构尺寸和原料纯度等严格限制。气孔的存在使得陶瓷内部折射率分布不均，导致散射、反射等现象严重，单位体积内气孔数目越多，散射和衰减越强，因此气孔率要尽可能的低，依据实验结果， 孔积率小于150vol. ppm能获得高于Nd: YAG普通晶体的光学特性。晶界结构特别是晶格边缘，会导致光的散射，因此，其要求干净、微薄、没有二次相偏折。原料纯度要求在烧结过程中不能存在多余的杂质，避免杂质为中心的散射和折射。目前利用真空烧结法和氢气气氛烧结等制备方法已经获得了极低气孔率和散射损耗的晶体，无论在光学特性还是在机械特性上，Nd:YAG透明陶瓷晶体已经获得了与Nd:YAG相同甚至更好的特性，在大功率下获得了 67kW以上的高功率输出，在中小功率端面泵浦固体激光器也获得了相当高的转换效率，可
4见，陶瓷激光晶体有很好的发展前景。[0024]下表为Nd:YAG透明陶瓷晶体和典型单晶晶体性能上的比较[0025]表1陶瓷晶体与典型单晶晶体特性比较[0026]
权利要求1.一种端面泵浦陶瓷激光器，包括泵浦单元、聚焦耦合系统、谐振腔及安置在谐振腔中的激光晶体，泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统聚焦至激光晶体，其特征在于，所述激光晶体为Nd: YAG透明陶瓷晶体。
2.如权利要求1所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述Nd:YAG透明陶瓷晶体的具体指标包括=Nd3+掺杂浓度为0. 27-lat. %。
3.如权利要求1所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述Nd:YAG透明陶瓷晶体的具体指标包括=Nd3+掺杂浓度为0. 7-lat. %。
4.如权利要求1所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述Nd:YAG透明陶瓷晶体两个端面均镀有808nmAR膜，AR膜反射率R < 0. 5%。
5.如权利要求4所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述Nd:YAG透明陶瓷晶体两个端面还镀有1064nmHT膜，HT膜反射率R < 0. 2%。
6.如权利要求1或2或3或4或5所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述 Nd: YAG透明陶瓷晶体的气孔体积小于lppm，孔积率小于150vol. ppm。
7.如权利要求6所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述Nd:YAG透明陶瓷晶体的孔积率小于100vol. ppm ο
8.如权利要求1所述的端面泵浦陶瓷激光器，其特征在于，所述谐振腔包括全反镜、反射镜、输出镜，全反镜、输出镜之间设置将谐振光路偏转的反射镜，谐振光路呈V型，V型夹角为15-50度，其中输出镜为设置在主光轴上的平凹镜。
专利摘要本实用新型涉及激光器领域，具体为一种端面泵浦陶瓷激光器，包括泵浦单元、聚焦耦合系统、谐振腔、安置在谐振腔中的激光晶体，泵浦单元发出的泵浦光经聚焦耦合系统聚焦至激光晶体，其不同之处在于，所述激光晶体为Nd:YAG透明陶瓷晶体。本实用新型受热稳定性好、转换效率高。
文档编号H01S3/16GK202260116SQ20112037500
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者李扬, 陈义兵, 陈义红, 韩捷飞 申请人:武汉新特光电技术有限公司