一种棒状激光增益介质及制备方法与流程

本发明涉及激光，尤其是一种棒状激光增益介质及制备方法。

背景技术：

1、激光器的应用领域宽泛，随着应用领域的不断推进，对激光器的要求也越来越高，包括：功率高、光束质量佳、重量轻、体积小、可维护性好等，但在这些要求中很多是相互制约的，为了兼顾高功率和高光束质量，现有的一种做法是采用种子源加放大器(mopa)的工作模式，而这种模式下种子源功率不能太低，否则后续的放大器级数会增加，重量和体积的要求将很难达到，并且也增加了激光器的复杂性导致维护困难。因此，设计出高功率、高光束质量、结构紧凑且易于维护的种子源是很有必要的。

2、现有技术中常见的一种处理方法是采用板条激光增益介质用于种子源，但是板条激光增益介质输出的激光水平和垂直两个方向的光束质量不一致，随着功率的增加，这种不一致将更加明显，从而严重影响使用。另一种处理方法是采用棒状激光增益介质用于种子源，在高功率、高光束质量种子源中通常采用分立的双棒状激光增益介质。这一对棒状激光增益介质以及所对应的泵浦加载结构都是完全相同的，主要目的是非常有利于增加输出激光的功率，又便于热退偏补偿，进而提高光束质量。但该方法中增益介质采用分立结构，所占空间体积大，调试时要求两根棒状激光增益介质的光轴重合或者有严格的夹角，否则将严重影响输出功率、光斑形态以及补偿效果，因此装调时费时耗力。因此，根据实际的应用需求，进一步的改进设计新的增益介质结构是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的不足，提供一种棒状激光增益介质结构及制备方法，既能够提供高功率和高光束质量的激光输出，又能很好的减小空间尺寸，大幅降低调试难度。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述棒状激光增益介质的结构包括第一掺杂区域1、第二掺杂区域2和旋光区3，所述第一掺杂区域1和第二掺杂区域2分别位于旋光区3的两端；所述第一掺杂区域1和第二掺杂区域2用于对泵浦光进行吸收并使激光通过；所述旋光区3用于使经过旋光区3的线偏振激光振动面旋转90°。

4、另一方面，本发明还提供了一种用于制备前述棒状激光增益介质的方法，通过将所述第一掺杂区域1、旋光区3、第二掺杂区域2通过键合或烧结方式依次结合在一起形成棒状整体结构，并使所述第一掺杂区域1和旋光区3、所述第二掺杂区域2三部分的光轴重合。

5、另一方面，本发明还提供了一种放大激光增益模块，包括前述棒状激光增益介质和冷却通道4、泵浦阵列5、泵浦光6、主激光7、机械外壳8，所述冷却通道4位于棒状增益介质的周围用于对棒状增益介质进行冷却，所述泵浦阵列5用于提供泵浦光6对棒状增益介质进行泵浦后产生激光增益，所述机械外壳8用于容纳棒状增益介质、冷却通道4、泵浦阵列5等器件模块、并使整体形成一密封的放大激光增益模块。

6、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

7、与现有技术相比，本发明提供的棒状增益介质采用将掺杂区域和旋光区键合或烧结的方法制作成一根完整的棒状激光增益介质，该棒状激光增益介质结构既具备热退偏补偿功能，又自行保证了光轴的重合，结构尺寸紧凑，调试和维护非常简单方便，加工方法也简单高效，能够大幅提高效率。本发明提供的棒状增益介质不仅可以用于种子源中，还可以用于放大器中，对于实现高功率、高光束质量和紧凑化激光系统有很好的作用。

技术特征：

1.一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述棒状激光增益介质的结构包括第一掺杂区域(1)、第二掺杂区域(2)和旋光区(3)，所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)分别位于旋光区(3)的两端；所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)用于对泵浦光进行吸收并使激光通过；所述旋光区(3)用于使经过旋光区(3)的线偏振激光振动面旋转90°。

2.根据权利要求1所述的一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)的两端分别有一个对应的端面：第一端面(s1)和第二端面(s2)，所述第一端面(s1)和第二端面(s2)镀有用于输出激光的增透膜。

3.根据权利要求2所述的一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)的结构尺寸相同，所述第一端面s1和第二端面s2为圆形或正多边形。

4.根据权利要求2所述的一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)为稀土离子掺杂的基质材料，所述旋光区(3)为旋光材质。

5.根据权利要求4所述的一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述基质材料是玻璃、石榴石、蓝宝石、铝酸盐、钒酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钼酸盐、钨酸盐、氧硫化物、氧化物、氟化物、氧化铍或陶瓷中的任意一种；所述稀土离子是nd3+、yb3+、er3+、ho3+、cr3+、pr3+、tm3+、ce3+、gd3+、eu3+、sm2+、dy2+、tm2+、ni2+、co2+、ti3+、v2+或u3+中的任意一种。

6.根据权利要求4所述的一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)中的稀土离子掺杂方式及种类相同，所述稀土离子的掺杂浓度为相同浓度。

7.根据权利要求4所述的一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述第一掺杂区域(1)和第二掺杂区域(2)中的稀土离子掺杂方式关于旋光区(3)对称。

8.根据权利要求2所述一种棒状激光增益介质，其特征在于，所述第一掺杂区域(1)、旋光区(3)和第二掺杂区域(2)分别对应三个侧面：第一侧面(c1)、第二侧面(c2)和第三侧面(c3)，所述第一侧面(c1)、第二侧面(c2)和第三侧面(c3)均进行打毛处理。

9.一种棒状激光增益介质的制备方法，所述棒状激光增益介质为权利要求1-8中任一项所示的棒状激光增益介质，其特征在于，将所述第一掺杂区域(1)、旋光区(3)、第二掺杂区域(2)通过键合或烧结方式依次结合在一起形成棒状整体结构，并使所述第一掺杂区域(1)和旋光区(3)、所述第二掺杂区域(2)三部分的光轴重合。

10.一种放大激光增益模块，其特征在于，所述放大激光增益模块包括权利要求1-8中任一所述棒状激光增益介质，还至少包括冷却通道(4)、泵浦阵列(5)、泵浦光(6)、主激光(7)、机械外壳(8)；

技术总结
本发明公开了一种棒状激光增益介质及制备方法，涉及激光技术领域。该棒状激光增益介质的结构包括第一掺杂区域、第二掺杂区域和旋光区，所述第一掺杂区域和第二掺杂区域分别位于旋光区的两端。本发明提供的棒状增益介质及对应的制备方法通过采用将掺杂区域和旋光区键合或烧结的方法制作成一根完整的棒状激光增益介质，与现有技术相比该棒状激光增益介质结构既具备热退偏补偿功能，又自行保证了第一掺杂区域和第二掺杂区域光轴的重合，结构尺寸紧凑，调试和维护非常简单方便，加工方法也简单高效，能够大幅提高效率。本发明提供的棒状增益介质不仅可以用于种子源中，还可以用于放大器中，对于实现高功率、高光束质量和紧凑化激光系统有很好的作用。

技术研发人员：蒋建锋,庞毓,徐浏,张飞飞,黄鹏,谭亮,崔玲玲,于炜,于益,童立新
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院应用电子学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6