全固态激光器及其调试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种全固态激光器及其调试方法。
【背景技术】
[0002]无水冷高峰值功率的DPL(D1de Pumped solid state Laser，全固态激光器)以其体积小、重量轻、效率高等特点，在医疗卫生、空间雷达，乃至军事等领域迅速发展，其研究受到极大关注，随着应用的平台越来越广泛，对激光器光束质量、脉冲宽度的要求也越来越严格。
[0003]按栗浦方式来分类，无水冷全固态激光器可分为侧面栗浦、端面栗浦等类型。侧面栗浦具有结构简单，栗浦功率大的特点，可以输出大能量激光。但是，单棒输出光的圆度不够高，于是出现双棒串接的栗浦模式，有效的补偿了激光的均匀性;但功耗和体积也会增大。于是，端面栗浦无水冷激光器应运而生，采用导光锥将栗浦光耦合进激光晶体的形式，可以得到大的能量输出。但导光锥的出光面必须靠近激光晶体端面，晶体端面镀全反膜。没有全反镜，不利于压缩发散角。也有采用垂直腔面发射激光器(VCSEL，Vertical CavitySurface Emitting Laser)作为端面栗浦源，由于其发射光斑呈圆性，易集成为大面积阵列，可以直接聚焦到晶体表面，可以增加后反镜，其输出光束质量较好，但也不是单横模，不利于激光成像的应用，脉冲宽度也不窄，峰值功率小于10MW。
[0004]但是，如何在无水冷全固态、高峰值功率输出的情况下，实现发散角小、光束质量好以及脉冲宽度窄，是当前急需解决的一个技术难题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是一种全固态激光器及其调试方法，用以解决现有技术中存在的上述问题之一。
[0006]为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种全固态激光器，包括:
[0007]半导体栗浦源，用于输出栗浦光；
[0008]耦合系统，用于传输和匀化栗浦光，并将栗浦光耦合进激光晶体；
[0009]激光晶体，用于提供增益；
[0010]双色平凸柱面全反镜，设置在耦合系统和激光晶体之间，用于透射栗浦光，反射激光；
[0011]偏振片，用于起偏激光；
[0012]四分之一波片，用于使通过的激光偏振方向旋转45°;
[0013]普克尔盒，未施加电压时相当于平片，当对该普克尔盒施加四分之一电压时相当于四分之一波片；
[0014]平凹柱面输出镜，输出激光。
[0015]进一步，半导体栗浦源每个Bar条都错位放置;栗浦光的峰值功率为<2400W，脉冲宽度为100?480ys。
[0016]进一步，半导体栗浦源由半导体制冷片制冷，温度控制在0.2°C内。
[0017]进一步，耦合系统包括:平凸柱面聚焦镜、波导、平凸柱面准直镜和球面透镜；其中，两片平凸柱面聚焦镜将栗浦光聚焦进波导，栗浦光在波导传输过程中进行匀化，均匀的栗浦光经两片平凸柱面准直镜、一片球面透镜耦合进激光晶体。
[0018]进一步，耦合系统材料为石英或K9玻璃。
[0019]进一步，激光晶体为Nd:YAG或Nd: YLF晶体，掺杂原子分数为0.8%；散热面由半导体制冷片制冷，温度控制在23°C。
[0020]进一步，平凸柱面全反镜和平凹柱面输出镜组成谐振腔，总长10cm;平凸柱面全反镜3凸面镀激光全反膜;平凹柱面输出镜对激光部分透过。
[0021]进一步，普克尔盒中调Q晶体为KD*P晶体或者Cr4+:YAG晶体。
[0022 ]另一方面，本发明还提供一种全固态激光器，包括:
[0023]半导体栗浦源，用于输出栗浦光；
[0024]耦合系统，用于传输和匀化栗浦光，并将栗浦光耦合进激光晶体；
[0025]激光晶体，用于提供增益；
[0026]Cr4+: YAG被动调Q晶体和平凹柱面输出镜构成的谐振腔。
[0027]再一方面，本发明还提供一种全固态激光器的调试方法，包括:
[0028]步骤S101，半导体栗浦源发出的栗浦光栗浦激光晶体，使其粒子数反转，发射激光；
[0029]步骤S102，调节平凹柱面输出镜和平凸柱面全反镜，使平凹柱面输出镜输出能量最大；
[0030]步骤S103，当激光晶体上能级粒子数达到最大时，对普克尔盒施加电压，激光通过平凹柱面输出镜8输出激光。
[0031]本发明有益效果如下:
[0032]本发明全固态激光器提高了栗浦光重复频率，缩小了栗浦光间隔，提高了栗浦光功率密度，发散角小，提高了测距或成像距离，扩大了应用范围。
【附图说明】
[0033]图1为本发明的实施例1高光束质量无水冷全固态激光器X-Z方向的光路结构示意图；
[0034]图2为本发明的实施例1高光束质量无水冷全固态激光器Y-Z方向的光路结构示意图；
[0035]图3为本发明的实施例1中低栗浦光间隔和传统栗浦光间隔对比图；
[0036]图4为本发明的实施例1中高光束质量无水冷全固态激光器脉冲光波图；
[0037]图5为本发明的实施例2高光束质量无水冷全固态被动调Q激光器X-Z方向的光路结构示意图；
[0038]图6为本发明的实施例2高光束质量无水冷全固态被动调Q激光器Y-Z方向的光路结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0040]实施方式1:
[0041]如图1、2所示，本实施例涉及一种全固态激光器，为高光束质量、无水冷全固态激光器，包括:
[0042]半导体栗浦源1，用于提供高峰值功率准连续栗浦光；
[0043]耦合系统2，用于传输和匀化高峰值功率准连续栗浦光，并将栗浦光耦合进激光晶体4;
[0044]激光晶体4，提供增益；
[0045]双色平凸柱面全反镜3，用于透射栗浦光，反射激光；
[0046]偏振片5，使激光起偏；
[0047]四分之一波片6，激光通过它偏振方向旋转45°；
[0048]普克尔盒7，控制其上施加的电压，使得当不对该普克尔盒施加电压时相当于平片，当对该普克尔盒施加四分之一电压时相当于四分之一波片;普克尔盒7中调Q晶体为KD*P晶体或者Cr4+:YAG晶体。
[0049]平凹柱面输出镜8，输出激光。
[0050]其中，从半导体栗浦源1发出的准连续栗浦光经耦合系统2匀化和传输，经双色平凸柱面全反镜3入射到激光晶体4上，激光起振后在平凸柱面全反镜3和平凹柱面输出镜8组成的谐振腔内来回振荡，使激光晶体4积累的反转粒子数达到最大，后经普克尔盒7调Q输出激光。
[0051 ]具体的，半导体栗浦源1，提供准连续栗浦光的峰值功率为< 2400W，脉冲宽度为100?480ys。半导体栗浦源1，每个Bar条都错位放置，保证经准直后的栗浦光的间隔最小，最小能够达到0.1mm，提高了栗浦功率密度;提高了整个Bar条热沉的散热面积，使栗浦光的占空比提高，可以高重复频率工作。低栗浦光间隔和传统栗浦光间隔对比如图3所示。在25°(3输出波长808nm栗浦光，在输入电流200A时输出最大峰值功率2400W，调制宽度为250ys，所以最大输出单脉冲能量600mJ。半导体栗浦源1由两片57W功率半导体制冷片制冷，温度控制在0.2°C内。
[0052]耦合系统2材料为石英或K9玻璃。高峰值功率808nm栗浦光由耦合系统2传输和匀化，耦合系统2包括平凸柱面聚焦镜、波导、平凸柱面准直镜和球面透镜;其中，两片半径为10mm的平凸柱面聚焦镜将808nm栗浦光聚焦进尺寸为2.5mmX 20mmX 80mm的波导，808nm栗浦光在波导传输过程中变得非常均匀，在