专利名称：利用热效应调q的二极管泵浦固体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，特别是利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器.
背景技术：
激光二极管固体激光器，主要由泵浦源激光二极管、耦合系统和谐振 腔组成。谐振腔是激光器的核心部分，其中激光介质是实现将泵浦能量转 化成激光能量的枢纽。泵浦源激光二极管对谐振腔内的激光介质作用，产 生激光输出的过程中，激光介质会将部分能量转化成热能，产生热效应。 激光介质的热效应等同于在谐振腔内增加了一个不可控的热透镜，往往造 成激光输出的不稳定，影响光束质量，降低泵浦光和输出激光的转换效率。 特别是传统的固体激光器，采用氙灯作为泵浦源，由激光介质的侧面照射， 通过一光反射装置将泵浦源激光二极管输出光能汇聚到激光介质上，在这 种情况下往往要采用许多复杂的手段对热效应进行抑制，例如在谐振腔中 引入光学系统以抵消热效应的影响，它增加了激光系统的复杂性。
调Q的二极管泵浦固体激光器，通常利用声光衍射，电光衍射、或某 些介质的可饱和吸收特点实现谐振腔腔内损耗大小的周期性变化。当腔内 损耗比较大的时候，振荡光不能起振，激光器没有激光输出，泵浦光导致 激光介质上能级粒子数积累，实现能量储存。当腔内损耗比较小时，由于 阈值降低，振荡光可迅速起振，激光介质中的上能级粒子短时间内集中受 激跃迁，储存的能量迅速释放，形成激光脉冲而输出。
由于增加了调Q单元，调Q的二极管泵浦固体激光器在结构上通常复杂 于非调Q的二极管泵浦固体激光器。
调Q的二极管泵浦固体激光器同样存在泵浦源激光二极管对谐振腔内 的激光介质作用，产生热效应。同样存在影响光束质量，降低泵浦光和激 光输出的转换效率的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器， 它的结构简单、输出效率高。
本发明的目的是这样实现的，利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光 器，它包括激光二极管K耦合系统、激光谐振腔，激光谐振腔包括谐振 腔反射镜3、激光介质5、辅助光学元件6及谐振腔输出镜7，其特征是激 光二极管1通过光学耦合装置2将泵浦光射入谐振腔中的激光介质5，对激 光介质5进行周期泵浦，使激光介质5产生变化的热透镜4使激光谐振腔内 损耗比较大时，振荡光不能起振，激光器没有激光输出，泵浦光导致激光 介质上能级粒子数积累，实现能量储存；热透镜4使激光谐振腔内损耗比较小时，阈值降低，泵浦光导致谐振腔迅速起振，激光介质中的上能级粒 子短时间内集中受激跃迁，储存的能量迅速释放，形成激光脉冲而输出。
所述的热透镜4使激光谐振腔内损耗比较大时，辅助光学元件6用于与
热透镜4一起使谐振腔工作于非稳定腔状态；当热透镜4使激光谐振腔内损
耗比较小时，辅助光学元件6用于与热透镜4一起使谐振腔工作于稳定腔状态。
所述的辅助光学元件6是凹透镜。
本发明的特点是和传统激光调Q方法不同，本发明充分利用了激光
介质内热透镜和泵浦光能量变化的关系，通过恰当控制泵浦光能量的大
小，产生焦距变化的热透镜，与辅助光学元件6实现谐振腔非稳态和稳态 之间的周期性转变，从而获得调Q的效果。因此，本发明可以简单的谐振 腔结构实现激光器的调Q脉冲输出。
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。
图l是本发明核心部分的原理图。
图2是本发明实施例1的构造图。
图3是本发明实施例2的构造图。
图4是本发明实施例3的构造图。
图5是本发明实施例4的构造图。
图6是本发明实施例5的构造图。
图中1、激光二极管；2、光学耦合装置；3、谐振腔反射镜；4、热
透镜；5、激光介质；6、辅助光学元件；7、谐振腔输出镜。
具体实施例方式
如图1所示，二极管泵浦固体激光器包括激光二极管l、耦合系统2、 激光谐振腔，激光谐振腔包括谐振腔反射镜3、激光介质5、辅助光学元件 6及谐振腔输出镜7，激光二极管1通过光学耦合装置2将泵浦光射入谐振腔 中的激光介质5，由于激光二极管l的泵浦光能量很大，使激光介质5在前 端部分产生热效应，从而在谐振腔中增加了一个热透镜4，由于激光二极 管1对激光介质5是周期泵浦，因此，热透镜4的光学透镜特征也是周期性 变化。当热透镜4的光学透镜特征导致激光谐振腔内损耗比较大的时候， 谐振腔的振荡光不能起振，激光器没有激光输出。此时泵浦光可以使激光 介质上能级粒子数积累，实现能量储存。而当热透镜4的光学透镜特征导 致激光谐振腔内损耗比较小时，阈值降低，泵浦光导致谐振腔迅速起振， 激光介质5中的上能级粒子短时间内集中受激跃迁，储存的能量迅速释放， 形成激光脉冲而输出。
由于在谐振腔内，仅利用激光介质5在前端面产生热形变形成的热透 镜4使激光谐振腔内损耗变化，导致激光谐振腔内损耗比较小时，使谐振腔迅速起振产生激光脉冲输出，这时的输出性能可能不会达到最佳。这是由于单一的热透镜不能满足对激光器进行优化设置的需求。因此在谐振腔内增加辅助光学元件6，如一个凹透镜，它与热透镜4一起构成热透镜调Q 的光学系统，恰当选择辅助光学元件6的参数，使激光能量积累时出光损 耗达到的最大，而激光能量输出时光损耗达到的最小。
显而易见，辅助光学元件6是非常重要的，而辅助光学元件6选用凹透 镜可以通过多种方式实现。在图2中选用一个凹凹面透镜放置在谐振腔内， 由于反射镜3和谐振腔输出镜7均为平凹面透镜，因此，当谐振腔内没有泵 浦光或泵浦光功率处于某个范围时，谐振腔处于非稳腔或介稳腔状态，需 要对反射镜3和谐振腔输出镜7均以及辅助光学元件6 (凹凹面透镜)和热 透镜4整体考虑。在图2中，激光二极管l、光学耦合装置2与图1的作用是 一样的，激光二极管l进行端面泵浦，泵浦光经光学耦合装置2进入谐振腔泵浦激光介质5。
正如对图2实施例说明中提到的，当谐振腔有多个具有成像光学元件 时，应对所有的成像光学元件进行整体考虑，充分利用每个光学元件的光 学性能可以对光学系统进行优化设计。基于这样的思想，在图3中并没有 选用凹面透镜作为辅助光学元件6，而是将谐振腔输出镜7设计成平凸透， 平面面向谐振腔外，凸面向谐振腔内。这时周期性泵浦光导致激光谐振腔内损耗比较大和导致激光谐振腔内损耗比较小，需要考虑热透镜4、谐振 腔输出镜7构成的平凸透和平凹结构的谐振腔反射镜3。
辅助光学元件6的另一个结构如图4所示，它将激光介质5的泵浦端面设 计成凹面以代替辅助光学元件6的功能，谐振腔省去了一个光学元件。
进一步的变化是图5的实施例，它在图4的基础上将激光介质5的泵浦端 面作为谐振腔的一个反射面代替了谐振腔反射镜3，同时保持泵浦端面凹 面结构，在腔内形成凸面反射镜以代替辅助光学元件6的功能，谐振腔省 去了二个光学元件。
实施例5如图6所示，它与图l基本相同，省去了耦合系统2，采用直接泵浦，作用于激光介质5。
总之，在谐振腔的设计中，通过恰当设计谐振腔内的光学元件的参数， 使得当谐振腔内没有泵浦光或泵浦光功率处于某个范围时，谐振腔处于非 稳腔或介稳腔状态，此时谐振腔具有大的腔内损耗和大的振荡光起振阈 值。当加载泵浦光或使泵浦光功率处于某范围之外时，在热透镜的影响下， 谐振腔成为稳定腔，此时谐振腔具有小的腔内损耗和小的振荡光起振阈值，从而可以产生激光振荡，输出激光脉冲。当泵浦光功率状态进行周期 变化，谐振腔的损耗随之周期性的改变，按相应的重复频率实现激光的脉冲输出。
权利要求
1、利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器，它包括激光二极管(1)、耦合系统、激光谐振腔，激光谐振腔包括谐振腔反射镜(3)、激光介质(5)、辅助光学元件(6)及谐振腔输出镜(7)，其特征是激光二极管(1)通过光学耦合装置(2)将泵浦光射入谐振腔中的激光介质(5)，对激光介质(5)进行周期泵浦，使激光介质(5)产生变化的热透镜(4)使激光谐振腔内损耗比较大时，振荡光不能起振，激光器没有激光输出，泵浦光导致激光介质上能级粒子数积累，实现能量储存；热透镜4使激光谐振腔内损耗比较小时，阈值降低，泵浦光导致谐振腔迅速起振，激光介质中的上能级粒子短时间内集中受激跃迁，储存的能量迅速释放，形成激光脉冲而输出。
1、 利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器，它包括激光二极管(1)、 耦合系统、激光谐振腔，激光谐振腔包括谐振腔反射镜(3)、激光介质(5)、 辅助光学元件(6)及谐振腔输出镜(7)，其特征是激光二极管(1)通 过光学耦合装置(2)将泵浦光射入谐振腔中的激光介质(5)，对激光介 质(5)进行周期泵浦，使激光介质(5)产生变化的热透镜(4)使激光 谐振腔内损耗比较大时，振荡光不能起振，激光器没有激光输出，泵浦光 导致激光介质上能级粒子数积累，实现能量储存；热透镜4使激光谐振腔 内损耗比较小时，阈值降低，泵浦光导致谐振腔迅速起振，激光介质中的 上能级粒子短时间内集中受激跃迁，储存的能量迅速释放，形成激光脉冲 而输出。
2、 根据权利要求1所述的利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器， 其特征是所述的热透镜(4)使激光谐振腔内损耗比较大时，辅助光学 元件(6)用于与热透镜(4) 一起使谐振腔工作于非稳定腔状态；当热透 镜(4)使激光谐振腔内损耗比较小时，辅助光学元件(6)用于与热透镜(4) 一起使谐振腔工作于稳定腔状态。
3、 根据权利要求1所述的利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器， 其特征是所述的辅助光学元件(6)是凹透镜。.
全文摘要
本发明涉及一种激光器，特别是利用热效应调Q的二极管泵浦固体激光器，其特征是激光二极管(1)通过光学耦合装置(2)将泵浦光射入谐振腔中的激光介质(5)，对激光介质(5)进行周期泵浦，使激光介质(5)产生变化的热透镜(4)使激光谐振腔内损耗比较大时，振荡光不能起振，激光器没有激光输出，泵浦光导致激光介质上能级粒子数积累，实现能量储存；热透镜4使激光谐振腔内损耗比较小时，阈值降低，泵浦光导致谐振腔迅速起振，激光介质中的上能级粒子短时间内集中受激跃迁，储存的能量迅速释放，形成激光脉冲而输出。它的结构简单、输出效率高。
文档编号H01S3/0941GK101207263SQ200710188438
公开日2008年6月25日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者文建国, 李兵斌, 王石语, 蔡德芳, 振 过 申请人:西安电子科技大学