专利名称：一种高功率脉冲激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种高功率脉冲激光器。
背景技术：
高功率固体脉冲激光器是激光技术发展的主要方向之一。而在高功率固体脉冲激光器的发展中，主振荡级与放大级结构激光器由于其能同时兼顾高输出功率和高光束质量的优势而得到了广泛应用。对于此类激光器，其输出脉冲的稳定性、峰值功率和光斑质量一直是人们关注的焦点。由于信号光脉冲的稳定性差，放大级结构设计不合理等因素直接导致了激光器输出性能差。国内外采用了不同的种子源和泵浦源以不同的入射和泵浦方式并设计了不同的放大级结构以此来提高脉冲输出质量，但都存在不足。如中国专利局2010年5月19日公告的实用新型专利《一种侧面泵浦的薄片激光器结构》(申请号200920194107. 9)，公开了一种大功率激光器结构，激光泵浦光源通过光学准直系统对激光 谐振腔内的激光增益介质泵浦，其中激光谐振腔包括前腔镜、后腔镜、激光增益介质和其他光学元件。其激光泵浦光源作为种子源存在输出脉冲稳定性差、重复频率无法控制等缺点。其放大级结构采用信号光单次通过的放大方式，这种结构提取能量少。而激光放大增益介质采用侧面胶合一同基质的梯形光学晶体，另一面胶合一散热构件，该结构虽然解决了大功率激光器的散热问题，但其结构相对复杂，制作加工相对不易。
发明内容为克服上述问题，本实用新型提出一种高功率脉冲激光器，功率输出稳定、结构更简单。为达到上述目的，本实用新型所提出的技术方案为一种高功率脉冲激光器，包括脉冲种子源、第一准直耦合系统和至少一个激光放大级；所述激光放大级包括泵浦源、第二准直耦合系统、增益介质和散热构件；所述增益介质包括入射面、出射面和四个侧面；所述散热构件镀有对泵浦光增透的增透膜，光胶或键合于增益介质的一侧面；所述泵浦源发出的泵浦光通过第二准直耦合系统对增益介质进行侧面泵浦；所述脉冲种子源发出的种子光经第一准直耦合系统后由增益介质的入射面输入，与增益介质的泵浦长条区域重叠激励增益介质，由出射面输出放大的激光脉冲。进一步的，还包括一偏振分束元件、旋光元件和全反射镜，所述偏振分束元件置于增益介质的入射面之前，所述旋光元件和全反射镜依次设于增益介质的出射面之后，全反射镜将增益介质输出的放大光沿原方向返回。或者还包括一微片构件，设于第一准直耦合系统与增益介质之间。进一步的，还包括一微片构件，所述微片构件设于第一准直耦合系统与偏振分束元件之间；旋光元件和全反射镜依次设于增益介质的出射面之后，全反射镜将增益介质输出的放大光沿原方向返回。进一步的，所述脉冲种子源为脉冲调制半导体激光器；所述泵浦源采用单管LD或LD阵列，或者灯泵浦，为连续泵浦或脉冲泵浦。进一步的，所述第一准直耦合系统和第二准直耦合系统为球面透镜、光纤准直器或柱面透镜，或者其中两个或三个的组合。进一步的，所述散热构件为与增益介质同基质的未掺杂晶体棱台薄片；所述增益介质的入射面和出射面为梯形或矩形。进一步的，所述旋光元件为λ/4波片。进一步的，所述微片构件为主动调Q激光腔、被动调Q激光腔、稳频系统、选模元件、隔离元件、频率转换晶体、削波元件或光束整形元件。进一步的，所述微片构件、偏振分束元件和旋光元件的通光面镀种子光的增透膜。 本实用新型的有益效果本实用新型的一种高功率脉冲激光器以脉冲调制半导体激光器为脉冲种子源，将受调制的脉冲种子光注入到侧面泵浦的激光放大级增益介质中，种子光入射后在增益介质中通过擦反射(掠入射)或透射方式与泵浦长条区域重合以实现光放大,提高输出光脉冲的峰值功率,而且输出功率稳定,频率可调,光斑质量也得到改善，同时简化了结构，降低了成本；并通过在增益介质受泵浦面上深化光胶未掺杂晶体散热构件，以改善增益介质的散热性能。
图I为本实用新型实施例一结构示意图；图2为本实用新型实施例二结构示意图；图3为本实用新型实施例三结构示意图；图4为本实用新型实施例四结构示意图；图5为本实用新型激光放大级LD阵列泵浦结构示意图；图6为本实用新型激光放大级单管LD泵浦结构示意图；图7为本实用新型增益介质与散热构件组合示意图。附图标记1、脉冲种子源；2、第一准直耦合系统；3、激光放大级；301、泵浦源；301a、LD阵列；301b、单管LD ;302、第二准直耦合系统；303、增益介质；304、散热构件；305、光胶层；4、偏振分束器；5、旋光兀件；6、全反射镜；7、微片构件；S1、入射面；S2、出射面。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
，对本实用新型做进一步说明。如图I为本实用新型的高功率脉冲激光器基本结构，包括脉冲种子源I、第一准直耦合系统2和至少一个激光放大级3 ;其中，激光放大级3包括泵浦源301、第二准直耦合系统302、增益介质303和散热构件304 ;增益介质303包括入射面SI、出射面S2和四个侧面；散热构件304镀有对泵浦光增透的增透膜，并光胶或键合于增益介质303的一侧面；泵浦源301发出的泵浦光通过第二准直耦合系统302对增益介质303进行侧面泵浦；脉冲种子源I发出的种子光经第一准直耦合系统2后由增益介质303的入射面SI输入，与增益介质303的泵浦长条区域重叠激励增益介质303，由出射面S2输出放大的激光脉冲。优选的，脉冲种子源I采用脉冲调制半导体激光器，受调制的半导体激光脉冲种子光注入到侧面泵浦的增益介质303中，与泵浦长条区域重叠，以实现光放大，提高输出光脉冲的峰值功率。该结构选择脉冲调制半导体激光器调制脉冲作为种子光注入，降低了成本，且频率可调，受到客户欢迎。其中激光放大级的增益介质采用可以获得良好提取效率的激光晶体，如Nd:YV04。如图2所示为本实用新型的实施例二结构示意图，与基本结构不同的是在系统中增加了偏振分束兀件4、旋光兀件5和全反射镜6。偏振分束兀件4置于第一准直稱合系统2与激光放大级3增益介质303之间；旋光元件5和全反射镜6依次置于增益介质303的出射面S2之后，全反射镜6将增益介质303输出的放大光沿原方向返回，使得种子光可以往返通过两个或两个以上的激光放大级结构，以产生放大的高功率脉冲输出，本实施例采用了两个激光放大级。脉冲种子源I发出的种子光经第一准直耦合系统2之后，以线偏
振方式全部透射出偏振分束元件4后，进入第一激光放大级的增益介质303，以擦反射或透射方式与增益介质的泵浦长条区域重叠以实现光放大，种子光经两个激光放大级3放大之后，进入旋光元件5，其偏振方向被旋转45°，之后由全反射镜6沿原方向返回，再次经过旋光兀件5,偏振方向再次被旋转45° ,从而其偏振方向与原种子光偏振方向垂直,再次经过两个激光放大级3的放大之后，由偏振分束元件4反射输出。优选的，本结构采用的旋光元件5为λ/4波片,经λ/4波片的两次旋光作用,放大光的偏振方向与种子光的偏振方向垂直。偏振分束兀件4可以为种子光透射输入,放大光反射输出；也可以为种子光反射输入，放大光透射输出。本实施例的双级反射结构的增益系数可达104，若输入种子光功率为lmw，则放大输出光功率可达10W。如图3所示为本实用新型实施例三结构示意图，与基本结构不同的是在系统中增加了一微片构件7，设置于第一准直耦合系统2与第一激光放大级3的增益介质303之间。其中，微片构件7可以是主动调Q激光腔、被动调Q激光腔、稳频系统、选模元件、隔离元件、频率转换晶体、削波元件或光束整形元件等。当微片构件7为主动调Q激光腔或被动调Q激光腔时，脉冲种子源I可以作为该激光腔的泵浦源，以该激光腔发出的激光为种子光注入激光放大级3的增益介质303。当微片构件7为其他光学元件时，脉冲种子源I发出的种子光经第一准直耦合系统2耦合进入该微片构件7，经其稳频、选模或整形等处理之后注入激光放大级3的增益介质303。优选的，本实施例采用了两个激光放大级3，种子光注入激光放大级3增益介质303的泵浦长条区域重叠以实现光放大，该结构中，入射光以透射方式依次通过两个激光放大级，最后从第二激光放大级增益介质的出射面输出放大的激光脉冲。对于透射式的激光放大级结构，被放大的激光可能由于不能完全重叠的原因而导致输出光斑不完整，此时，可在光输出端增加毛细管光阑等空间滤波器，以提高光斑质量，并且可以将经过多级放大后的高功率脉冲激光耦合到单模光纤中以获得TEMOO模。如图4所示为本实用新型实施例四结构示意图，结合了实施例二和三，在基本结构的基础上增加了微片构件7、偏振分束兀件4、旋光兀件5和全反射镜6,微片构件7和偏振分束元件4依次设于第一准直耦合系统2与增益介质303之间；旋光元件5和全反射镜6依次设于增益介质303的出射面S2之后，全反射镜6将增益介质303输出的放大光沿原方向返回。上述微片构件设于第一准直耦合系统与偏振分束元件之间，受调制的脉冲种子光经第一准直耦合系统2进入微片构件7，由其稳频、选模或整形等之后以线偏振方式全部透射过偏振分束元件4之后注入激光放大级3的增益介质303，与增益介质303的泵浦长条区域重叠以实现光放大，放大光进入旋光兀件5,其偏振方向被旋转45° ,之后由全反射镜6沿原方向返回，再次经过旋光元件5，偏振方向再次被旋转45°，从而其偏振方向与原种子光偏振方向垂直，再次经过激光放大级的放大之后，由偏振分束元件4反射输出放大的激光脉冲。如图5和6所示为本实用新型的高功率脉冲激光器采用的激光放大级3结构示意图，图5为采用LD阵列泵浦301，图6为采用单管LD泵浦，还可以采用灯泵等其他泵浦源，泵浦方式可以是连续泵浦，也可以是脉冲泵浦。其中，第二准直耦合系统302可以采用球面透镜、光纤准直器或柱面透镜，或者其中两个或三个的组合。对于LD阵列泵浦，可以通过球面透镜或柱面透镜等准 直系统将泵浦光约束在一定的尺寸内，如图5中将泵浦光约束在增益介质303上长度为L的区域内，以此泵浦增益介质303。对于单管LD，可以采用光纤准直器使泵浦光一个方向自然发散，另一正交方向上的光束会聚为宽度不同的尺寸，以此泵浦增益介质303。如图7所示为上述各结构中激光放大级3的增益介质303与散热构件304组合示意图，该增益介质303为一六面棱台，其入射面SI和出射面S2为梯形或矩形，便于产生掠入射，消除标准具效应，也可以作成布氏角等；散热构件304采用与增益介质303同基质的未掺杂晶体棱台薄片，其出射面与增益介质303的反射侧面通过光胶层305光胶或键合在一起，以此消除增益介质303反射面的端面效应，改善其散热性能。同时，可使梯形的增益介质303的底边减少崩边,避免因此而引起的损耗。上述各实施例中，第一准直耦合系统2可以是球面透镜、光纤准直器或柱面透镜等，或者其中两个或三个的组合。微片构件7、偏振分束元件4和旋光元件5等各光学元件的通光面均镀有种子光的增透膜。尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上对本实用新型做出的各种变化，均为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种高功率脉冲激光器，包括脉冲种子源、第一准直耦合系统和至少一个激光放大级，其特征在于所述激光放大级包括泵浦源、第二准直耦合系统、增益介质和散热构件；所述增益介质包括入射面、出射面和四个侧面；所述散热构件镀有对泵浦光增透的增透膜，并光胶或键合于增益介质的一侧面；所述泵浦源发出的泵浦光通过第二准直耦合系统对增益介质进行侧面泵浦；所述脉冲种子源发出的种子光经第一准直耦合系统后由增益介质的入射面输入，与增益介质的泵浦长条区域重叠激励增益介质，由出射面输出放大的激光脉冲。
2.如权利要求I所述高功率脉冲激光器，其特征在于还包括一偏振分束元件、旋光元件和全反射镜，所述偏振分束元件置于增益介质的入射面之前，所述旋光元件和全反射镜依次设于增益介质的出射面之后，全反射镜将增益介质输出的放大光沿原方向返回。
3.如权利要求I所述高功率脉冲激光器，其特征在于还包括一微片构件，设于第一准直耦合系统与增益介质之间。
4.如权利要求2所述高功率脉冲激光器,其特征在于还包括一微片构件,设于第一准直耦合系统与偏振分束元件之间。
5.如权利要求1-4任一项所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述脉冲种子源为脉冲调制半导体激光器；所述泵浦源采用单管LD或LD阵列，或者灯泵浦，为连续泵浦或脉冲泵浦。
6.如权利要求1-4任一项所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述第一准直耦合系统和第二准直耦合系统为球面透镜、光纤准直器或柱面透镜，或者其中两个或三个的组合。
7.如权利要求1-4任一项所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述散热构件为与增益介质同基质的未掺杂晶体棱台薄片；所述增益介质的入射面和出射面为梯形或矩形。
8.如权利要求2或4任一项所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述旋光元件为入/4波片。
9.如权利要求3或4所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述微片构件为主动调Q激光腔、被动调Q激光腔、稳频系统、选模元件、隔离元件、频率转换晶体、削波元件或光束整形元件。
10.如权利要求4所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述微片构件、偏振分束元件和旋光元件的通光面镀种子光的增透膜。
11.如权利要求3所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述微片构件的通光面镀种子光的增透膜。
12.如权利要求2所述高功率脉冲激光器，其特征在于所述偏振分束元件和旋光元件的通光面镀种子光的增透膜。
专利摘要本实用新型涉及激光技术领域，公开了一种高功率脉冲激光器，包括脉冲种子源、第一准直耦合系统和至少一个激光放大级，其中激光放大级包括泵浦源、第二准直耦合系统、增益介质和散热构件；以脉冲调制半导体激光器为脉冲种子源，将受调制的脉冲种子光注入到侧面泵浦的激光放大级增益介质中，种子光入射后在增益介质中通过擦反射或透射方式与泵浦长条区域重合以实现光放大，提高输出光脉冲的峰值功率。该结构高功率脉冲激光器输出功率稳定，频率可调，光斑质量也得到改善，同时简化了结构，降低了成本；并通过在增益介质受泵浦面上深化光胶未掺杂晶体散热构件，以改善增益介质的散热性能。
文档编号H01S3/00GK202678714SQ201220294069
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者吴砺, 贺坤, 校金涛, 林磊 申请人:福州高意通讯有限公司