一种微型共线激光器及其设计方法与流程

本发明涉及激光器，尤其涉及一种微型共线激光器及其设计方法。

背景技术：

1、固体激光器用固体激光材料作为工作物质的激光器。工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子。例如：在钇铝石榴石(yag)晶体中掺入三价钕离子的激光器可发射波长为1064纳米的近红外激光。

2、为发射具有更高能量的激光光束，常采用半导体激光泵浦的方式对种子激光进行抽运，传统的激光功率放大器，一般由种子激光器和功率放大器部分构成，功率放大器由泵浦源和放大晶体组成，种子激光与泵浦光路分光路设置，分别对种子激光和放大级的泵源光斑分别整形，使它们在放大晶体处达到模式匹配以提取泵浦能量实现对种子激光功率放大的效果。这种方式下种子光和泵浦光分别整形，导致结构较为复杂，体积较大，对泵浦光能量的利用率较低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种微型共线激光器及其设计方法，以解决受激光晶体吸收效率的影响，泵浦光无法全部被吸收激发为种子激光造成浪费，以及传统多光路激光放大器的设计光路体积过大，不适用于小型或微型激光器的问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种微型共线激光器，其中，包括泵浦光源、激光晶体、整形模块和放大晶体；

3、所述泵浦光源、所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体沿所述泵浦光源输出泵浦光的光路依次设置；

4、所述泵浦光源输出泵浦光至所述激光晶体，部分泵浦光被所述激光晶体吸收并激发出种子激光，所述种子激光与另一部分泵浦光传输至所述整形模块，经所述整形模块整形后传输至所述放大晶体，分别在所述放大晶体靠近所述整形模块一侧形成激光光斑和泵浦光斑，经所述放大晶体放大，输出放大激光；

5、其中，所述激光光斑与所述泵浦光斑共圆心，且光斑直径比值在阈值范围内。

6、可选的，所述放大晶体的入射面位于所述整形模块输出光束的束腰处。

7、可选的，所述激光晶体包括键合微片晶体。

8、可选的，所述的微型共线激光器还包括滤波模块，所述滤波模块位于所述放大晶体出射光束的光路上；

9、所述放大晶体输出光束至所述滤波模块，所述滤波模块过滤泵浦光并透过放大激光。

10、可选的，所述的微型共线激光器还包括聚焦模块；

11、所述聚焦模块位于所述泵浦光源和所述激光晶体之间；

12、所述泵浦光源输出泵浦光至所述聚焦模块，经所述聚焦模块聚焦后入射至所述激光晶体。

13、可选的，所述的微型共线激光器还包括耦合模块；所述耦合模块的输入端与所述泵浦光源连接；

14、所述泵浦光源输出泵浦光，所述泵浦光由所述耦合模块的输入端进入耦合模块，经所述耦合模块耦合后由输出端输出。

15、可选的，所述整形模块包括自聚焦透镜。

16、根据本发明的另一方面，提供了一种微型共线激光器的设计方法，其特征在于，所述微型共线激光器包括泵浦光源、激光晶体、整形模块和放大晶体；所述泵浦光源、所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体沿所述泵浦光源输出泵浦光的光路依次设置；

17、所述设计方法包括：

18、模拟所述微型共线激光器的工作光路；沿垂直于光束传播方向，调节所述整形模块的位置；

19、确定所述放大晶体入射面的激光光斑和泵浦光斑共圆心时，所述整形模块的位置信息，并标记为第一整形位置信息；沿平行于光束传播方向，调节所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体的位置，获取多组所述放大晶体输出放大激光的能量值；

20、确定所述放大激光的能量值为最大值时，所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体的相对位置信息，并标记为第二整形位置信息；

21、获取所述泵浦光源的位置信息；

22、根据多个位置信息构建所述微型共线激光器。

23、可选的，所述沿平行于光束传播方向，调节所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体的位置，获取多组所述放大晶体输出放大激光的能量值包括：

24、根据所述微型共线激光器的腔长，确定所述激光晶体与所述放大晶体之间的距离的最大值l1以及最小值l2；

25、根据所述最大值l1和最小值l2，以s为基准，得到2n+1组相对距离参数：

26、在2n+1组相对距离参数下，沿平行于光束传播方向，调节所述整形模块的位置；

27、获取多组所述放大晶体输出放大激光的能量值；

28、其中，s为距离可调节最小精度，n＝0，1，2，……n，n为正整数。

29、可选的，所述微型共线激光器还包括聚焦模块，所述聚焦模块位于所述泵浦光源和所述激光晶体之间；

30、在所述获取所述泵浦光源的位置信息之前还包括：

31、沿垂直于光束传播方向，调节所述聚焦模块的位置；

32、确定所述激光晶体入射面光斑与所述入射面共圆心时，所述聚焦模块的位置信息，并标记为第一聚焦位置信息；

33、沿平行于光束传播方向，调节所述聚焦模块的位置，获取多组所述激光晶体入射面的光斑尺寸；

34、确定所述激光晶体入射面的光斑尺寸最小时，所述聚焦模块的位置信息，并标记为第二聚焦位置信息。

35、本发明实施例的技术方案，利用激光晶体未吸收的剩余泵浦光，通过设置整形模块，使得种子激光和剩余泵浦光在放大晶体入射面所成光斑共圆心且直径比在阈值范围内，进而实现最大限度的放大效果，解决了受激光晶体吸收效率的影响，泵浦光无法全部被激发为种子激光造成浪费，以及传统多光路激光放大器的设计光路体积过大，不适用于小型或微型激光器的问题，实现了提高泵浦光利用率且结构紧凑的效果。

36、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种微型共线激光器，其特征在于，包括泵浦光源、激光晶体、整形模块和放大晶体；

2.根据权利要求1所述的微型共线激光器，其特征在于，所述放大晶体的入射面位于所述整形模块输出光束的束腰处。

3.根据权利要求1所述的微型共线激光器，其特征在于，所述激光晶体包括键合微片晶体。

4.根据权利要求1所述的微型共线激光器，其特征在于，还包括滤波模块，所述滤波模块位于所述放大晶体出射光束的光路上；

5.根据权利要求1所述的微型共线激光器，其特征在于，还包括聚焦模块；

6.根据权利要求1所述的微型共线激光器，其特征在于，还包括耦合模块；所述耦合模块的输入端与所述泵浦光源连接；

7.根据权利要求1所述的微型共线激光器，其特征在于，所述整形模块包括自聚焦透镜。

8.一种微型共线激光器的设计方法，其特征在于，所述微型共线激光器包括泵浦光源、激光晶体、整形模块和放大晶体；所述泵浦光源、所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体沿所述泵浦光源输出泵浦光的光路依次设置；

9.根据权利要求8所述的微型共线激光器的设计方法，其特征在于，所述沿平行于光束传播方向，调节所述激光晶体、所述整形模块和所述放大晶体的位置，获取多组所述放大晶体输出放大激光的能量值包括：

10.根据权利要求8所述的微型共线激光器的设计方法，其特征在于，所述微型共线激光器还包括聚焦模块，所述聚焦模块位于所述泵浦光源和所述激光晶体之间；

技术总结
本发明公开了一种微型共线激光器及其设计方法，激光器包括泵浦光源、激光晶体、整形模块和放大晶体；泵浦光源、激光晶体、整形模块和放大晶体沿泵浦光源输出泵浦光的光路依次设置；泵浦光源输出泵浦光至激光晶体，部分泵浦光被激光晶体吸收并激发出种子激光，种子激光与另一部分泵浦光传输至整形模块，经整形模块整形后传输至放大晶体，在放大晶体靠近整形模块一侧形成激光光斑和泵浦光斑，经放大晶体放大，输出放大激光；激光光斑与泵浦光斑共圆心且光斑直径比值在阈值范围内。本发明实施例的技术方案，解决了泵浦光无法全部被吸收造成浪费，传统多光路激光放大器体积过大不适用于微型激光器的问题，实现提高泵浦光利用率且结构紧凑的效果。

技术研发人员：张静思
受保护的技术使用者：张静思
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14