一种高光斑质量的半导体泵浦全固态激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于全固态激光领域，涉及一种半导体激光泵浦全固态激光器，特别涉及一种高光斑质量的半导体激光泵浦全固态激光器。
【背景技术】
[0002]自上世纪60年代激光问世以来，由于其强度高、方向性好、相干性好引起了人们的广泛关注，并被应用于照明、测量和医疗等多个领域。近40年来，随着激光技术的不断发展，锁模、调Q和CPA技术的出现，激光的强度被不断的提高，其在激光加工领域中的优势也越来越明显，全固态激光器更因为其高转换效率、高光束质量和高稳定性受到激光加工行业的青睐。
[0003]半导体激光泵浦的全固态激光器是20世纪80年代末期出现的新型激光器。全固态激光器的总体效率至少要比灯泵浦高10倍，由于单位输出的热负荷降低，可获取更高的功率，系统寿命和可靠性大约是闪光灯泵浦系统的100倍，因此，半导体激光器泵浦技术为固体激光器注入了新的生机和活力，使全固态激光器同时具有固体激光器和半导体激光器的双重特点，它的出现和逐渐成熟是固体激光器的一场革命，也是固体激光器的发展方向。并且，它已渗透到各个学科领域，例如:激光信息存储与处理、激光材料加工、激光医学及生物学、激光通讯、激光印刷、激光光谱学、激光化学、激光分离同位素、激光核聚变、激光投影显示、激光检测与计量及军用激光技术等，极大地促进了这些领域的技术进步和前所未有的发展。这些交叉技术与学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。
[0004]目前，美国、日本、德国等国家在制造业，如电子、医疗、汽车、航空、航天、等领域已基本完成传统工艺的更新换代，步入“光加工”时代。激光器作为“光加工”时代的必备工具，对其光斑质量和出光功率的要求也越来越高。高光斑质量的全固态激光器的发展趋势很好，前景非常广阔。
[0005]目前NchYVO4晶体是一种经常被使用的全固态激光器增益介质，它可以提供几十瓦的脉冲激光。通过纳秒调Q技术，它可以产生高强度、高重复频率的激光。此类晶体一般采用808和888nm的半导体激光作为激励光源。
[0006]如今在激光器的设计过程中，对于泵浦光准直聚焦系统一般采用两片式结构(一片透镜用于准直，一片用于聚焦)，泵浦光斑未经过像差优化，其边缘不够锐利，能量不集中，与谐振腔模式匹配不好，激光输出光斑质量不高。
[0007]本实用新型正是为了改进以上缺点所提出的一种新的设计方案，在相同的放大倍率下可比传统两片式准直聚焦镜获得更小更锐利集中的泵浦光斑，在泵浦晶体中可与基模光斑形成更好的匹配效果，从而更进一步提高输出激光的光斑质量，获得优质的激光应用效果。
【实用新型内容】
[0008]针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种半导体泵浦的全固态激光谐振腔；通过采用新型的三片透镜式泵浦光准直聚焦系统，优化入射到泵浦晶体中的光斑质量和光斑大小，最终来获得一种高光斑质量的激光器。
[0009]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]本实用新型所述的一种高光斑质量的半导体泵浦全固态激光器，包括激光泵浦系统和谐振腔镜系统，其中激光泵浦系统包括位于谐振腔前端的泵浦光准直聚焦镜部分及谐振腔中段的激光晶体部分，其激光泵浦系统部分泵浦光准直聚焦镜由三片透镜组成。与现有的两片准直透镜系统一样，可将半导体发射的泵浦光聚焦至谐振腔中段的泵浦晶体中心，与谐振腔基模光斑良好匹配，最终获得高光斑质量的激光输出。
[0011]其中，泵浦光准直聚焦镜采用“正-负-正”设计，该组合中共有三片透镜:第一片为平凸透镜，第二片为弯月透镜，第三片为双凸透镜，并且可通过选择不同曲率半径及镜片间距，来得到不同的放大倍率，以获得不同大小的边缘锐利、能量均匀集中的泵浦光斑，与不同情况下的基模光斑灵活实现最优匹配。与传统的两片式组合相比，其能量利用更有效，模式匹配更优秀，可使得最终激光器输出的光斑质量更优，光光转换效率更高。
[0012]泵浦光准直聚焦镜采用不同的镀膜膜系来适用于不同波段的泵浦光准直聚焦系统，可以大大提高泵浦效率。
[0013]泵浦光准直聚焦镜的透镜材质均为火石玻璃。
[0014]泵浦光准直聚焦镜固定在镜座中，可实现前后、左右、上下调节及俯仰、偏摆的微调。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的积极效果为:
[0016]本实用新型通过采用三片式泵浦光准直聚焦镜系统，可获得边缘锐利、能量集中的泵浦光斑，并可采用不同放大倍率设计来改变泵浦光斑的大小，从而实现泵浦光斑在泵浦晶体中与基模光斑的最佳匹配，抑制高阶模参与振荡，获得高光斑质量的稳定激光输出，并大大提高了激光输出品质的可控性。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型所述的一种全固态激光谐振腔的示意图；
[0018]11-光纤端面，12-泵浦光准直聚焦镜，13-反射镜，14-泵浦晶体，15-弯月透镜，16-凹面反射镜，17-输出镜，18-弯月透镜。
[0019]图2是泵浦光准直聚焦镜的光路示意图；
[0020]21-光纤端面，22-泵浦光准直聚焦镜，23-泵浦晶体中心
[0021]图3为相同放大倍率下传统两片式与本实用新型所述三片式准直聚焦镜输出光斑轮廓比较示意图；
[0022]31-传统两片式结构输出的光斑轮廓，32-同放大倍率下本实用新型所描述三片式结构输出的光斑轮廓。
【具体实施方式】
[0023]以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例。
[0024]图1为本实用新型所述的全固态激光器谐振腔的示意图。反射镜13，弯月透镜15及弯月透镜18，输出镜17共同构成谐振腔。888nm泵浦光源由泵浦光准直聚焦镜12聚焦至工作物质为Nd:YVO4且掺杂浓度为0.5%的泵浦晶体14中进行泵浦，产生1064nm的激光，从输出镜17处输出。凹面反射镜16将漏掉的888nm泵浦光返回至谐振腔，再次泵浦晶体，实现双端泵浦，提高整个谐振腔的光光转换效率。谐振腔中弯月透镜15和弯月透镜18对Nd:￥￥04泵浦晶体14的热透镜进行补偿，作为腔镜的反射镜13和输出镜17改变谐振腔长度对谐振腔进行调节得到优化的功率输出。
[0025]其中，泵浦光准直聚焦镜12采用本实用新型所述三片式结构，如图2所示:由I片平凸透镜，I片弯月透镜及I片双凸透镜构成。采用数值孔径NA = 0.2，芯径为400微米的光纤将888nm的泵浦光引至泵浦光准直聚焦镜的光纤端面21位置，如图2中光纤端面21位置；该准直聚焦镜焦距约25.2mm，将泵浦光聚焦至泵浦晶体中心23，如图2中泵浦晶体中心23位置。该准直聚焦镜的放大倍率为3.2X，可获得适合大小的聚焦光斑至泵浦晶体中心。
[0026]泵浦光准直聚焦镜12采用三片式结构获得了边缘锐利，能量集中的泵浦光斑，比相同放大倍率时两片式结构的光斑更小，能量更均匀。如图3所示:传统两片式结构输出的光斑轮廓31，同放大倍率下本实用新型所描述三片式结构输出的光斑轮廓32，可以看出后者光斑明显小于前者，且边缘锐利，能量更集中，成像质量明显优于前者。
[0027]泵浦光准直聚焦镜12的透镜均镀888nm增透膜，保证泵浦光最大限度通过。
[0028]由于上述特点，泵浦光准直聚焦镜可将888nm泵浦光准确聚焦至泵浦晶体中心，光斑锐利均匀，且其大小适合，最终与谐振腔基模光斑很好匹配，泵浦晶体得到充分利用，高阶模得到较好抑制，谐振腔输出1064nm激光光斑质量稳定优质。
[0029]尽管参照上述的实施例已对本实用新型作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解可以基于本实用新型公开的内容进行修改或改进，并且这些修改和改进都在本实用新型的精神以及范围之内。
【主权项】
1.一种高光斑质量的半导体泵浦全固态激光器，包括激光泵浦系统和谐振腔镜系统，其中激光泵浦系统包括位于谐振腔前端的泵浦光准直聚焦镜部分及谐振腔中段的激光晶体部分，其特征在于其激光泵浦系统部分泵浦光准直聚焦镜由三片透镜组成。
2.如权利要求1所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜采用“正-负-正”设计。
3.如权利要求2所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜的第一片镜片为平凸透镜。
4.如权利要求2所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜的第二片镜片为弯月透镜。
5.如权利要求2所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜的第三片镜片为双凸透镜。
6.如权利要求2所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜具有不同放大倍
7.如权利要求2所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜采用不同的镀膜膜系来适用于不同波段的泵浦光准直聚焦系统。
8.如权利要求3或4或5所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜的透镜材料为火石玻璃。
9.如权利要求2所述的全固态激光器，其特征在于泵浦光准直聚焦镜固定在镜座中可实现前后、左右、上下调节及俯仰、偏摆的微调。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高光斑质量的半导体泵浦全固态激光器，属于全固态激光领域。本实用新型所述半导体泵浦全固态激光器，包括激光泵浦系统和谐振腔镜系统。其中激光泵浦系统包括位于谐振腔前端的泵浦光准直聚焦部分及谐振腔中段的泵浦晶体部分，通过对泵浦光准直聚焦镜系统采用三片式消像差设计，可获得边缘锐利、能量集中的泵浦光斑，并可采用不同放大倍率设计来改变泵浦光斑的大小，从而实现了泵浦光斑在泵浦晶体中与基模光斑的最佳匹配，抑制高阶模参与振荡，获得了高光斑质量的稳定激光输出，并大大提高了激光输出光斑质量的可控性。
【IPC分类】H01S3-13, H01S3-0941
【公开号】CN204577830
【申请号】CN201520039783
【发明人】邹桂兰, 常亮, 张翼, 奚晓, 姚思一, 杨晓红
【申请人】大恒光电科技发展(北京)有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年1月21日