为调Q元件直接产生IG模式，便于激光器的优化设计，减小了激光器研制和维护的难度，便于操作研宄。
[0021](5)作品中利用平行平面的法布里珀罗腔，端面泵浦的单管二极管一复合晶体在同一条直线上，极大地缩短了腔长，简化了结构，使得设计为便携的小型化产品成为可能。
[0022](6)激光器使用的光学元件少，生产成本低，结构简单紧凑，便于生产安装和非专业人员的操作使用。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例的结构组成图。
[0024]图2为Nd: YV04/Cr4+: YAG被动调Q微片激光器直接产生IGc^tl模式激光光束输出的实验结果。
[0025]图3为Nd:YV04/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器直接产生IGc^1模式激光光束输出的实验结果。
[0026]图4为Nd:YV04/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器直接产生IGc^1模式激光光束输出的实验结果。
[0027]图5为Nd:YV04/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器直接产生IGe5;1模式激光光束输出的实验结果。
[0028]图6为Nd:YV04/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器直接产生IG\2模式激光光束输出的实验结果。
【具体实施方式】
[0029]以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
[0030]参见图1，本发明实施例设有泵浦源1、第一柱状透镜2、第二柱状透镜3、激光工作物质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体4、第I镀膜5、第2镀膜6、输出耦合镜7以及光束质量分析仪8 ;所选泵浦源1、第一柱状透镜2、第二柱状透镜3、激光工作介质Nd: YV04/Cr4+: YAG复合晶体4、输出耦合镜7及光束质量分析仪8从前至后依次排列并位于同一个光轴上；激光工作介质Nd: YV04/Cr4+: YAG复合晶体4的后表面设有第I镀膜5，输出耦合镜7的后表面设有第2镀膜6，形成激光腔的前后腔镜。
[0031]所述泵浦源I为808nm单管高亮度半导体激光器，激光功率1W ;其发射截面积是I μηιΧ50 μπι。然后经过两个焦距均为8mm的第一柱状透镜2和第二个柱状透镜3的光学耦合和聚焦后，在激光工作物质Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体的入射面上行成一个面积为(80μπιΧ80μπι)的入射光斑；本发明所用的激光增益介质是一块沿〈111〉方向切割的Nd: YVO4激光晶体。Nd3+离子掺杂浓度为Iat.%，Cr4+离子的掺杂浓度为0.0Iat.%。Nd: YVO 4晶体和Cr4+ = YAG晶体和尺寸皆为横截面为1mmX 1mm,厚度为1mm。面向泵浦源的Nd = YVO4晶体的端面镀808nm的增透膜、1064nm高反膜，输出耦合镜的端面镀1064nm反射膜，反射率R。。的范围为40% -98%。Nd:YV0 4/Cr4+: YAG复合晶体使用光学夹具安放在实验平台上，在室温下工作。
[0032]测量输出的1064nm的激光性能，可使用激光功率计来测量激光的平均输出功率。对于输出激光脉冲特性的测试(包括输出激光脉冲的波形、重复频率特性和脉冲宽度特性)，可通过高灵敏度、高带宽的数字示波器来测试。对于输出激光的模式和光束质量特性，由光束质量分析仪来监测和记录。而光谱分析仪则实时监测激光腔内振荡纵模数及其相互竞争情况。
[0033]本发明中激光器产生IG模式的主要机制为:大泵浦光斑的泵浦光入射到与垂直于水平轴线倾斜了一个微小角度(5。左右)的激光晶体后，使得激光晶体内部所产生的粒子反转数的分布不均与而实现不同IG模式的激光输出。实验中采用的808nm的单管二极管作为泵浦源，入射到Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体上产生1064nm的近红外IG模式激光输出。
[0034]本发明核心关键技术是使用了 Nd:YV04/Cr4+:YAG复合晶体。其制备过程是通过热键合技术(Thermal bonding)，先将两块经过精密加工的Nd: YVO4晶体和Cr4+ = YAG晶体在室温的条件下紧贴在一起，靠两个表面间的作用力使两者结合在一起。晶体表面经过处理后，可以获得亲水性表面，两个加工精度高和粗糙度细的亲水性表面可以依靠氢键的作用在室温下相互吸引，形成光胶。随着温度的升高，离子和空穴在交界面上的扩散逐渐加剧，而且由于表面有很多悬空键，可以经过一定时间的晶格调整和重构，最后形成一个稳定的结构。([6]吕静姝，闫平，巩马理等.热键合技术及其在激光方面的应用.光学技术.2002，28:355-359.)ο
[0035]由于激光器在工作时，泵浦光的能量只有一部分转化为激光，剩余的能量都被其它的竞争机制所消耗，如无辐射跃迀、自发辐射、基质吸收等，这些过程都会在激光介质中产生热量。一般高功率系统都必须加冷却系统，但冷却系统会带来激光介质内部温度分布的不均匀，使内部温度比边缘高。由于晶体的折射率会随着温度变化而变化，这样就会产生热透镜效应，晶体受热后还会产生应力双折射，这些都会使光束质量受到严重影响。本发明采用的微片激光技术使得泵浦光在晶体产生的热可以通过激光晶体与热传导性能极佳的铝衬底的大面积接触而有效散热，从而使得激光器在常温工作下冷却效率高。端面泵浦使得晶体的热传导方向和温度梯度主要沿着轴向，从而使晶体的温度分布非常均匀，波前形变非常小。同时采用端面泵浦方式使得热传导方向与激光光束传播的方向平行(即轴向)，径向温度梯度非常小，从而避免了传统棒状晶体激光器的固有限制，如高功率下的热透镜效应、激光晶体的变形、双折射效应等。因此，微片固体激光器可以很容易获得非常高的输出功率而不影响它卓越的光学性能，一般都可以获得接近衍射极限的高光束质量激光输出(Μ2〈1.I)。
[0036]本发明中将Nd: YVO4晶体与Cr 4+: YAG晶体键合形成一个集成的激光系统，实现了系统的小型化和集成化。分立晶体的粘合面紧密接触，形成一个整体，可减小调节难度，也有利于装夹结构的设计。
[0037]808nm单管激光二极管直接端面泵浦的Nd: YV04/Cr4+: YAG分立晶体微片激光器，主要涉及Nd: YVO4晶体作为激光增益介质和Cr 4+: YAG晶体作为被动调Q开关，通过控制不同初始透过率的Cr4+ = YAG晶体、不同掺杂浓度和厚度的Nd: YVO^aB体来实现高峰值功率、短脉冲的高阶IG模式激光输出的小型化微片激光器。
[0038]图2?6为Nd:YV04/Cr4+:YAG被动调Q微片激光器直接产生IG模式(IG0；oIG°3； JG05j JGe5j JGe6j2)激光光束输出的实验结果。
【主权项】
1.1G模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器，其特征在于设有泵浦源、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、输出耦合镜； 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。
2.如权利要求1所述IG模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器，其特征在于若第一柱状透镜的焦距记为，第二柱状透镜的焦距记为f2，激光增益介质制:￥￥04部分的厚度记为d，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?(f\+f2)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。
3.如权利要求1所述IG模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器，其特征在于所述泵浦源采用高亮度的808nm单管高亮度半导体激光器。
4.如权利要求1所述IG模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器，其特征在于所述Nd: YV04/Cr4+: YAG复合晶体的后表面，即面向泵浦源的Nd: YVO4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%。
【专利摘要】IG模式可控掺钕钒酸钇复合掺铬钇铝石榴石微片激光器，涉及可产生因斯-高斯模式微片激光器。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。所述泵浦源、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:YVO4/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。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。
【IPC分类】H01S3-102, H01S3-16, H01S3-0941
【公开号】CN104810719
【申请号】CN201510264614
【发明人】贺瑜, 董俊
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月22日