专利名称：固体激光器多棒对称串接腔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体激光器多棒对称串接腔，实现激光输出功率放大，属于固体激光器技术领域。
背景技术：
为了获得大功率激光，与本发明最接近的现有技术其措施是在谐振腔内多晶体棒串接，激光输出功率与棒数成正比例增加，并保持单棒输出光束质量几乎不变。一篇题为 “双棒串接Nd:YAG激光器的稳定特性研究”的文献(王海林，《光电子·激光》，第14卷，第 2期，2003年2月)公开了一项双棒串接腔方案，见图1所示，通过对两个串接的晶体棒泵 浦，使二者处于粒子束反转状态，其中某一个晶体棒会先起振，产生激光信号，该激光信号 被另一个晶体棒相干受激放大，形成同模式、同相位的激光束，并且在由全反镜、输出耦合 镜构成的谐振腔中振荡，激光束由输出耦合镜输出，实现了激光束的相干合成放大输出。所 述晶体棒材料为Nd:YAG，尺寸为Φ8πιπιΧ 160mm，谐振腔为平行平面腔，输出耦合镜位于谐 振腔的一端，位于边缘晶体棒的外侧，透过率为50%，当单棒泵浦功率为IlkW时，晶体棒的 热焦距f= 180mm，获得最大激光输出功率为840W。一篇题为“三棒串接Nd: YAG激光谐振 腔的稳定特性研究”的文献(王海林，《华中科技大学学报(自然科学版)》，第31卷，第5 期，2003年5月)公开了一项三棒串接腔方案，与所述双棒串接腔方案不同的是，当单棒泵 浦功率为10.4kW时，获得970W的最大激光输出功率。由此可见，在其余条件基本相同的情况下，在谐振腔串接增加一个晶体棒，其激光输出功率也相应增加。然而，由于晶体棒损伤阈值这一参数所限，谐振腔内不能更多地增加晶体棒串接数量，通常晶体棒串接数量η < 8，见图1所示，因此，单纯通过增加晶体棒串接数量来提高 激光输出功率的措施受到了限制。
发明内容
为了能够串接更多的晶体棒，更大幅度地提高固体激光器激光输出功率，同时满足晶体棒损伤阈值的要求，并且所输出的激光模式相同、相位相同，我们发明了一种固体激 光器多棒对称串接腔。固体激光器多棒对称串接腔由全反镜、输出耦合镜、晶体棒组成，且光学同轴，其特征在于，见图2所示，在谐振腔两端各有一个全反镜，输出耦合镜位于谐振腔中间；在输 出耦合镜与谐振腔两端的全反镜之间，各有一组晶体棒，数量为η个，每组η个晶体棒之间 相离串接，两组晶体棒相对于输出耦合镜激光输出轴线对称。与所述方案同属于一个总的发明构思的另一种方案为，固体激光器多棒对称串接腔其组成部分包括全反镜、晶体棒，且光学同轴，其特征在于，见图3所示，在谐振腔两端各 有一个全反镜，输出耦合器件采用格兰棱镜组并位于谐振腔中间；在格兰棱镜组与谐振腔 两端的全反镜之间，各有一组晶体棒，数量为η个，每组η个晶体棒之间相离串接，两组晶体 棒相对于格兰棱镜组激光输出轴线对称，与格兰棱镜组配合，在谐振腔两端的全反镜前各设置一个1/4λ 士 Δ λ波片。如果本发明使用的晶体棒与现有技术相同，那么，其损伤阈值相同，晶体棒串接数 量依然η ^ 8，但是，与现有技术相比，本发明晶体棒数量增加一倍，即共有2η个，谐振腔模 体积增大，在谐振腔内谐振光功率密度不变的前提下，激光输出功率大幅度提高。采用格兰 棱镜的固体激光器多棒对称串接腔能够获得模式更好的激光输出。
图1是现有技术固体激光器串接腔结构示意图。图2是本发明之固体激光器多棒对称串接腔结构示意图，该图兼作为摘要附图。图3是本发明之采用格兰棱镜的固体激光 器多棒对称串接腔结构示意图。图4是本发明之单向输出固体激光器多棒对称串接腔结构 示意图。
具体实施例方式本发明之固体激光器多棒对称串接腔一种具体实施方式
如下，所述多棒对称串接 腔由全反镜、输出耦合镜、晶体棒组成，且光学同轴，见图4所示，在谐振腔两端各有一个全 反镜，输出耦合镜位于谐振腔中间。输出耦合镜采用半透半反镜，与光轴成45°角。在输出 耦合镜左右两侧、输出耦合镜与谐振腔两端的全反镜之间，各有η个相同的晶体棒，η ^ S0 晶体棒材料为Nd: YAG，每根晶体棒的尺寸为Φ8πιπιΧ 160mm。输出耦合镜左侧或者右侧的η 个晶体棒之间相离串接，并相对于输出耦合镜激光输出轴线对称。在输出耦合镜的一个激 光输出光路上设置一个全反镜，实现单向激光输出。通过对晶体棒泵浦，使晶体棒处于粒子 束反转状态，其中某一个晶体棒会先起振，产生激光信号。以谐振腔左端全反镜为计算零 点，通过控制泵浦，使输出耦合镜左侧最左端晶体棒先起振，产生激光信号，该激光信号经 该侧各晶体棒依次相干受激放大后，在输出耦合镜处光束被分为透射和反射两路，称为第 一路光和第二路光。第一路光进入输出耦合镜右侧，被该侧各晶体棒依次相干受激放大，由 谐振腔右端全反镜反射，光束再一次被该侧各晶体棒依次相干受激放大；回到输出耦合镜 处，光束再次被分为透射和反射两路，透射光被输出耦合镜左侧各晶体棒依次相干受激放 大，由谐振腔左端全反镜反射；反射光输出，成为受激相干放大激光输出。第二路光进入与 激光输出方向相反的一侧，由该侧全反镜反射，回到输出耦合镜处，光束再次被分为透射和 反射两路，反射光被输出耦合镜左侧各晶体棒依次相干受激放大，由谐振腔左端全反镜反 射；透射光输出，成为受激相干放大激光输出。如此循环往复，持续振荡。本发明之固体激光器多棒对称串接腔另一种具体实施方式
如下，固体激光器多棒 对称串接腔其组成部分包括全反镜、晶体棒，且光学同轴，见图3所示。在谐振腔两端各有 一个全反镜，输出耦合器件采用格兰棱镜组并位于谐振腔中间，格兰棱镜是一种双折射偏 光器件，其作用是起偏和减偏，并将ο光输出，而e光则透过格兰棱镜在谐振腔中振荡。在格 兰棱镜组与谐振腔两端的全反镜之间，各有一组晶体棒，数量为η个，η <8。晶体棒材料为 Nd: YAG，每根晶体棒的尺寸为Φ8πιπιΧ 160mm。每组η个晶体棒之间相离串接，两组晶体棒相 对于格兰棱镜组激光输出轴线对称，与格兰棱镜组配合，在谐振腔两端的全反镜前各设置 一个1/4λ 士 Δ λ波片，1/4λ 士 Δ λ波片的作用是将线偏振光转化为椭圆偏振光。通过对 晶体棒泵浦，使晶体棒处于粒子束反转状态，其中某一个晶体棒会先起振，产生激光信号。以谐振腔左端全反镜为计算零点，通过控制泵浦，使格兰棱镜组左侧最左端晶体棒先起振， 产生激光信号，该激光信号经该侧各晶体棒依次相干受激放大后，入射到格兰棱镜组，激光 束的O光由格兰棱镜组输出，而e光则透过格兰棱镜组进入格兰棱镜组右侧，被该侧各晶体 棒依次相干受激放大，经过1/4λ 士 Δ λ波片后，由谐振腔右端全反镜反射，再一次经过该 侧1/4λ±Δλ波片，光束两次经过1/4λ±Δλ波片转化为椭圆偏振光，之后再一次被 该侧各晶体棒依次相干受激放大；回到格兰棱镜组，ο光由格兰棱镜组输出，而e光则透过 格兰棱镜组，再被格兰棱镜组左侧各晶体棒依次相干受激放大，经过1/4λ 士 Δ λ波片后， 由谐振腔左端全反镜反射，再一次经过该侧1/4λ 士 Δ λ波片，光束两次经过1/4λ 士 Δ λ 波片转化为椭圆偏振光。如此在谐振腔中形成同模式、同相位的光束相干受激放大，持续振 荡。 两个或者两个以上的所述固体激光器多棒对称串接腔还能够在输出耦合镜激光 输出轴线方向上串接，例如一个称为初级串接腔的固体激光器多棒对称串接腔输出光束 自另一个被称为次级固体激光器多棒对称串接腔的输出耦合镜进入该串接腔，继续振荡输出
权利要求
一种固体激光器多棒对称串接腔，由全反镜、输出耦合镜、晶体棒组成，且光学同轴，其特征在于，在谐振腔两端各有一个全反镜，输出耦合镜位于谐振腔中间；在输出耦合镜与谐振腔两端的全反镜之间，各有一组晶体棒，数量为n个，每组n个晶体棒之间相离串接，两组晶体棒相对于输出耦合镜激光输出轴线对称。
2.根据权利要求1所述的多棒对称串接腔，其特征在于，输出耦合镜采用半透半反镜，与光轴成45°角。
3.根据权利要求1所述的多棒对称串接腔，其特征在于，晶体棒数量η< 8。
4.根据权利要求1所述的多棒对称串接腔，其特征在于，在输出耦合镜的一个激光输出光路上设置一个全反镜，实现单向激光输出。
5.一种与权利要求1所述多棒对称串接腔同属于一个总的发明构思的另一种固体激 光器多棒对称串接腔，其组成部分包括全反镜、晶体棒，且光学同轴，其特征在于，在谐振腔 两端各有一个全反镜，输出耦合器件采用格兰棱镜组并位于谐振腔中间；在格兰棱镜组与 谐振腔两端的全反镜之间，各有一组晶体棒，数量为η个，每组η个晶体棒之间相离串接，两 组晶体棒相对于格兰棱镜组激光输出轴线对称，与格兰棱镜组配合，在谐振腔两端的全反 镜前各设置一个1/4λ 士 Δ λ波片。
6.根据权利要求5所述的多棒对称串接腔，其特征在于，晶体棒数量η< 8。
全文摘要
固体激光器多棒对称串接腔属于固体激光器技术领域。现有技术通过在谐振腔内串接多根晶体棒提高激光输出功率，然而，由于晶体棒损伤阈值这一参数所限，谐振腔内不能更多地增加晶体棒串接数量，通常晶体棒串接数量n≤8。本发明谐振腔两端各有一个全反镜，输出耦合镜位于谐振腔中间；在输出耦合镜与谐振腔两端的全反镜之间，各有一组晶体棒，数量为n个，每组n个晶体棒之间相离串接，两组晶体棒相对于输出耦合镜激光输出轴线对称。当输出耦合镜采用格兰棱镜组时，在谐振腔两端的全反镜前各设置一个1/4λ±Δλ波片。本发明应用于固体激光器中。
文档编号H01S3/16GK101800394SQ20101010707
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者修顶楠, 宁国斌, 张喜和 申请人:长春理工大学