专利名称：一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器的制作方法
技术领域：
本发明属于激光器技术领域，涉及一种激光器，特别是关于一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器。
背景技术：
圆环状激光为一种非基模的，空间分布呈现轴向对称且中心光强弱、边缘光强强的激光。圆环状激光在焦点附近功率密度的分布基本均匀，可以采用较大尺度的飞行光学加工系统，配以五轴联动的数控系统可进行较大范围的三维激光切割和焊接等。近年来固体激光器由于其结构紧凑、效率高、性能稳定等优点，尤其在激光切割、 刻蚀和焊接以及微电子加工等工业领域具有非常重要的应用。然而，目前获得圆环状激光的方法主要是基于CO2激光器。为了获得轴向对称分布的圆环状激光，通常要在CO2激光器的谐振腔内插入轴向对称的光学元件，例如圆锥形的后腔镜或者圆锥形的布儒斯特窗口。 但是，这种方法会引入诸如效率下降和偏振选择性恶化等问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，该激光器具有输出圆环状激光，结构简单，实用性强的优点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是—种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，包括泵浦源I ;耦合系统3，对泵浦源I发出的泵浦光6进行整形；激光增益介质5，泵浦光6经耦合系统3整形后输入到激光增益介质5，激光7也同时输入到激光增益介质5;腔镜，至少包括一个后腔镜8和一个输出镜9。所述泵浦源I为光纤耦合半导体激光器或者准直输出半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦或者侧面泵浦。还包括双色镜4，所述泵浦光6经耦合系统3整形后，再经双色镜4透射然后输入到激光增益介质5，激光7经双色镜4反射后输入到激光增益介质5。所述泵浦源I的发射谱与所述激光增益介质5的吸收谱匹配。所述增益介质5由至少一块掺杂激光晶体组成，所述激光晶体包含一个或多个掺杂区域。所述增益介质5为Nd = YVO4晶体。所述泵浦光6和激光7在增益介质5的入射面为长方形。该固体激光振荡器的腔型为直腔、折叠腔或者环形腔，或者在激光晶体的表面直接镀膜作为谐振腔的腔镜。在输出镜9之前的激光路线上设置有周期性损耗调制器件10，以获得脉冲激光输出。通过调整所述耦合系统来控制泵浦光在所述激光增益介质中的束腰大小和束腰位置，使所述激光增益介质中所述泵浦光的束腰大于激光的基模束腰，以获得一种呈圆环状分布的激光输出。通过调整所述腔镜，可以控制所述激光在所述激光增益介质中的基模束腰大小和基模束腰位置，使所述激光增益介质中所述激光的基模束腰小于所述泵浦光的束腰，以获得一种呈圆环状分布的激光输出。本发明提出的固体激光器，泵浦光和激光在增益介质中的空间分布可以通过耦合系统和腔镜来分别控制，在满足泵浦光束腰大于激光基模束腰的条件下，无需加入额外的光学元件，就可以获得圆环状分布的激光输出。
图
图
图
图
图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。图I为本发明提供的可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器的一个实施例。 泵浦源I输出的泵浦光通过尾纤2传导至耦合系统3，双色镜4对泵浦光6高透射，对激光 7高反射，泵浦光6通过耦合系统3整形后经双色镜注入激光增益介质5内，激光振荡器的谐振腔由后腔镜8和输出镜9及双色镜4构成，腔内的脉冲调制器件10用来周期性改变腔内损耗，产生脉冲输出。振荡器的激光增益介质5为Nd:YV04晶体，其受吸收系数大，激发受激射截面大，激光上能级寿命小，因此可以有较大的增益，易于高重复频率运转，同时其为双折射晶体，可以得到偏振输出。针对该实施例，图2表示泵浦光与基模激光在增益介质里面分布的示意图。泵浦光6的束腰大于激光7的基模束腰，导致在半径大于激光7基模束腰的区域有大量反转粒子束无法被激光提取，振荡出非基模的激光。同时，光纤I禹合输出的泵浦光本身就是轴向对称分布的，振荡输出的激光也呈现出轴向对称分布。从而，我们可以获得非基模的，轴向对称的且中心强、边缘强的激光输出。上述实施例中，增益介质5由固体激光材料构成，其横截面采用长方形或者正方形。增益介质5由至少一块掺杂激光晶体组成，激光晶体可以包含一个或多个掺杂区域，如图3所示，在增益介质5的中心部分包括一个掺杂区域17，四周为未掺杂材料。掺杂区域 17的横截面可以是矩形(如图4所示)，或者圆形(如图5所示)，还可以是其它形状。其中激光振荡器的增益介质5还可以是光纤。上述实施例中激光振荡器可采用各种腔型的激光器，如直腔、折叠腔、环形腔等， 可采用半导体激光器、闪光灯等各种泵浦源和各种泵浦方式。这里选用直腔和半导体激光器端面泵浦方式只是作为本发明的一个方便说明的实施例。
权利要求
1.一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，其特征在于，包括泵浦源(I);耦合系统(3)，对泵浦源(I)发出的泵浦光(6)进行整形；激光增益介质(5)，泵浦光(6)经耦合系统(3)整形后输入到激光增益介质(5)，激光(7)也同时输入到激光增益介质(5)；腔镜，至少包括一个后腔镜(8)和一个输出镜(9)。
2.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述泵浦源(I)为光纤耦合半导体激光器或者准直输出半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦或者侧面泵浦。
3.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，还包括双色镜(4)，所述泵浦光(6)经耦合系统(3)整形后，再经双色镜(4)透射然后输入到激光增益介质(5)，激光(7) 经双色镜(4)反射后输入到激光增益介质(5)。
4.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述泵浦源(I)的发射谱与所述激光增益介质(5)的吸收谱匹配。
5.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述增益介质(5)由至少一块掺杂激光晶体组成，所述激光晶体包含一个或多个掺杂区域。
6.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述增益介质(5)为NchYVO4 晶体。
7.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，所述泵浦光(6)和激光(7)在增益介质(5)的入射面为长方形。
8.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，该固体激光振荡器的腔型为直腔、折叠腔或者环形腔，或者在激光晶体的表面直接镀膜作为谐振腔的腔镜。
9.根据权利要求I所述的固体激光振荡器，其特征在于，在输出镜(9)之前的激光路线上设置有周期性损耗调制器件(10)，以获得脉冲激光输出。
全文摘要
本发明为一种可以输出圆环状激光分布的固体激光振荡器，包括泵浦源；耦合系统，对泵浦源发出的泵浦光进行整形；激光增益介质，泵浦光经耦合系统整形后输入到激光增益介质，激光也同时输入到激光增益介质；腔镜，至少包括一个后腔镜和一个输出镜，通过调整耦合系统来控制泵浦光在激光增益介质中的束腰大小和束腰位置，使所述激光增益介质中所述泵浦光的束腰大于激光的基模束腰，或者通过调整所述腔镜，控制激光在所述激光增益介质中的基模束腰大小和基模束腰位置，使所述激光增益介质中所述激光的基模束腰小于所述泵浦光的束腰，从而获得一种呈圆环状分布的激光输出。本发明激光器具有输出圆环状激光，结构简单，实用性强的优点。
文档编号H01S3/105GK102593707SQ201210028829
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者巩马理, 柳强, 闫兴鹏, 陈海龙, 黄磊 申请人:清华大学