Ig模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器的制造方法【
技术领域：
】[0001]本发明涉及可产生因斯-高斯(IG)模式微片激光器，尤其是涉及一种IG模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器，激光工作物质是由增益介质Nd=YVO4与可饱和吸收体Cr4+:YAG所构成的复合晶体。【
背景技术：
】[0002]半导体激光二极管端面泵浦的全固态激光器，因其能够输出高质量的激光光束而成为近年来研宄的热点。被动调Q激光器的高光束质量、高峰值功率、高重复频率等特性使其在激光雷达、激光测距、遥感遥控、微机械加工等领域具有非常广阔的应用前景。NchYVO4晶体是适于激光二极管端面泵浦小型化固体激光器的晶体之一，它的吸收截面比较大，吸收带宽比较宽。可饱和吸收体用作被动调Q开关的原理是基于非线性可饱和吸收效应，即在低的能量密度下，可饱和吸收体具有很大的吸收，抑制了激光的振荡，可以看成是激光腔的一个损耗；在高的能量密度下，可饱和吸收体被“漂白”，对光不吸收，“完全”透光。目前用作被动调Q开关的主要有Cr4+离子掺杂的晶体和陶瓷如Cr4+:YAG、半导体可饱和吸收镜(SESAM)、有机染料、色心晶体等。掺Cr4+离子晶体可饱和吸收体由于具有损伤阈值高、吸收截面大、饱和光强小、成本低和结构简单等优点而在被动调Q固体激光器中得到了广泛的应用。Cr4+:YAG晶体是1988年出现的一种新型的近红外宽带可调谐固体激光材料，具有良好的导热性能、稳定的物理化学性质、高的抗损伤阈值，它在远距离传感、光通信、医疗、激光技术等领域有着广泛的应用前景，成为近年来研宄的热点。[0003]2000年，余锦([I]余锦.量子阱二极管泵浦的Nd:YV04/Cr4+:YAG高重复率被动调Q激光器.光学精密工程，2000，8(I):23-25.)在量子阱二极管端面泵浦的Nd=YVO4激光器中，使用Cr4+:YAG作为可饱和吸收体，采用端面泵浦在简单的线性平-凹腔结构中获得了1.06μm的高重复率被动调Q脉冲激光输出。在吸收泵浦功率为528.3mff时，输出脉冲能量为0.19μJ,脉冲宽度是32ns，脉冲重复率达158.7kHz。在插入Cr4+=YAG可饱和吸收体之前，获得了1.06μπι连续激光输出；在将Cr4+:YAG晶片插入谐振腔后，实现了量子阱激光二极管端面连续泵浦的Nd:YV04/Cr4+:YAG高重复率被动调Q脉冲激光输出。2004年，李健等人([2]JianLi,CuilingWang,YanziWang,etc.Highpeakpowerlaser-d1de-pumpedpassivelyQ-switchedNd:YV04/Cr4+:YAGlaser.ChineseOpticsLetters，2004，2(10):590-591.)研宄了LD泵浦的被动调QNd:YV04/Cr4+:YAG激光器在不同泵浦功率下平均输出功率、脉冲重复频率、脉冲宽度以及峰值功率的变化情况。当泵浦功率为21.2W时，可获得4.23W的平均输出功率以及18kW的脉冲峰值功率。2009年，陈泽民等人([3]陈泽民，李立卫，闵大勇等.大功率LD抽运的Cr4+=YAG被动调QNd=YVO4激光器.光学与光电技术，2009,7(2):82-85.)研宄了泵浦功率、腔长、输出镜透过率对输出功率的影响，以及不同泵浦功率下脉冲重复频率和脉冲宽度的变化。当腔长为8cm，泵浦功率为27W时，得到重复频率为37.8kHz、平均输出功率为3.5W的调Q脉冲序列，单个脉冲能量为93μJ、脉宽为24nm、峰值功率为3.9kW。[0004]而通过半导体激光二极管泵浦的全固态激光器产生的高阶IG横模在混沌研宄、激光冷却、光学捕获以及流体物理等方面的应用也受到越来越多的重视。2004年，Schwarz等人([4]UlrichT.Schwarz,MiguelA.BandresandJul1C.Gutierrez-Vega.0bservat1nofInce-Gaussianmodesinstableresonators.0pticsLetters，2004，29(16):1870-1872.)开展了利用激光二极管泵浦的Nd=YVO4激光器产生高质量的高阶IG模式的研宄。实验采用808nm泵浦的半导体激光二极管为泵浦源，使用Nd:YVO4S激光工作物质，采用平-凹腔的结构，通过将输出耦合镜斜向移动一个微小的距离来破坏激光谐振腔的对称性，从而获得IG模式的输出。至于获得IG模式的原理，目前来看，除了普遍熟知的破坏谐振腔的对称性这一机理，最近采用Cr，Nd=YAG自调Q激光晶体作为工作物质，通过倾斜泵浦光束入射的角度在Cr，NdiYAG微片激光器中直接产生了高阶IG模式激光输出([5]DongJ.,MaJ.,RenY.,XuG.,KaminskiiA.A.Generat1nofInce-Gaussianbeamsinhighlyefficient,nanosecondCr,Nd:YAGmicrochiplasers.LaserPhysicsLetters,2013，10(8):085803)。研宄结果表明，激光晶体中掺杂离子密度的不均匀分布导致激发态离子的不同分布是直接产生IG模式的一种可能原因。【
发明内容】[0005]本发明的目的在于提供一种IG模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器。[0006]本发明设有泵浦源、第一柱状透镜、第二柱状透镜、激光工作介质Nd=YVO4/Cr4+:YAG复合晶体、输出耦合镜。[0007]所述泵浦源、第一柱状透镜、第二柱状透镜、激光工作介质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体及输出耦合镜从前至后依次排列并位于同一光轴上；激光工作介质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体的后表面镀有高反膜和增透膜作为激光腔的后腔镜，输出耦合镜的后表面镀反射膜作为激光腔的前腔镜。[0008]若记第一柱状透镜、第二柱状透镜的焦距分别为f\、f2，记激光增益介质NchYVO4部分的厚度为山则泵浦源至第一柱状透镜的距离为，第一柱状透镜至第二柱状透镜距离为O?4+4之间可调，第二柱状透镜至激光工作介质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体的后表面距离为f2-d?f2+d之间可调。激光工作介质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体与输出耦合镜紧压在一起形成微片结构。[0009]所述泵浦源可采用高亮度的808nm单管高亮度半导体激光器，所述Nd=YVO4/Cr4+=YAG复合晶体的后表面(即面向泵浦源的Nd:YV04端面)镀808nm的增透膜、1064nm高反膜，所述输出耦合镜的后表面镀1064nm反射膜，镀膜反射率R。。范围为40%?98%。[0010]本发明是一种可直接产生高阶IG模式可控的掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器。[0011]本发明的特点在于:[0012](I)由激光工作介质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体组成的微片激光器，复合晶体的两个表面是平行平面，组成的激光谐振腔是法布里-珀罗谐振腔(F-P腔)，其优点是光束方向性极好，发散角小，模体积较大，比较容易获得单纵模振荡，微片化的激光器结构能够输出高亮度，高峰值功率，高光束质量的脉冲激光。[0013](2)使用808nm单管高亮度半导体激光器作为泵浦源，其亮度高，体积小。其间接泵浦的方式为在激发产生激光的过程中，基态粒子先由泵浦系统激发到某一中间态能级，然后再转移到激光上能级。[0014](3)通过热键合技术把激光增益介质制:￥￥04与可饱和吸收体Cr4+:YAG直接键合形成复合晶体，消除了Nd:YVO4晶体与Cr4+:YAG晶体之间的界面形成的光学损耗，可改善激光热性能和光束质量，也便于直接形成平行平面腔，以获得高效的激光输出。[0015](4)利用基于相机的光束质量分析仪提供光束功率密度分布的更多细节和真实2D分析。这样可在优化激光器系统时识别复杂的模式图案。实验中由微片激光器产生的IG高阶横模由光束质量分析仪接收，通过与电脑的连接并使用ThorlabsBeam软件来观测2D/3D高阶横模花样。[0016]本发明的优点在于:[0017](I)本发明所述微片激光器在较大的泵浦功率范围内，可获得不同重复频率的光脉冲激光输出，而且激光脉冲的峰值功率高，单脉冲宽度窄。[0018](2)使用高亮度的单管半导体激光器作为泵浦源，可以使整套激光器件更加小型化，集成化和实用化。间接泵浦的方式相对于直接泵浦方式具有以下优点:首先，中间能级具有远大于激光上能级的寿命，且可以是很多能级形成的能带，因而中间能级上很容易积累大量的粒子；其次，有些情况下将粒子从基态激发到中间能级的几率要比直接激发到上能级的几率大得多，这就降低了对泵浦的要求。因此间接泵浦的方式能获得效率更高的激光输出。[0019](3)采用了热键合技术使Nd:YVOg可饱和吸收体Cr4+=YAG键合为复合晶体，可以有效地缩短腔长，压缩脉冲宽度，提高脉冲峰值功率，从而获得高峰值功率，小型化、集成化固体激光光源。[0020](4)采用可饱和吸收体Cr4+:YAG作当前第1页1 2