基于椭圆反射腔的半导体激光泵浦细径固态激光器的制作方法

本发明属于半导体激光泵浦固态激光器，涉及一种基于椭圆反射腔的半导体激光泵浦细径固态激光器。

背景技术：

1、近年来，固态激光器，特别是中红外固态激光器在环境监测、激光医疗、光电对抗等领域有着广泛的应用。在一些应用中，对激光器的体积、输出峰值功率和重复频率等指标提出了较高的要求。目前，在多种常规固态激光器中，灯泵浦固体激光器容易出现泵浦光—光转换效率不高、激光棒吸收不均匀等现象，这将导致此类激光器的输出光束质量和电光转换效率不够理想，同时输出功率不易提升，容易造成大量的能量浪费。半导体激光(ld)泵浦固体激光器的出现，使得原来灯泵浦固体激光器的部分缺点得到了较大程度的克服。但是在中波红外波段，如使用ld直接泵浦固体激光介质，其量子亏损将会比普通近红外ld泵浦固体激光器大上许多，由此而生成的大量热能如果无法迅速排出，激光介质将出现较为严重的热损伤现象，在极端情况下，激光介质甚至会破损或炸裂。

2、目前，常规式灯泵浦固体激光器存在着泵浦光利用不充分、光—光转换效率较差、产热较多、激光棒吸收不均匀等现象，这使得激光器的输出光束质量和电光转换效率不高，同时输出功率不易得到提升，容易造成大量的能量浪费。半导体激光泵浦激光器的出现，使灯泵浦固体激光器的某些不足之处得到了相当程度的改善。但是，常规ld泵浦固体激光器的输出波段大多数位于近红外范围，如果想实现中波红外激光的输出，目前基本采用基于非线性光学方式的参量振荡或参量放大法，该方法虽然已经成熟，但是仪器设备较为复杂、元件数目较多、价格较为昂贵、故障很难避免。使用量子级联激光器也可实现中波红外激光的输出，但是这种半导体激光器的输出功率十分有限，难以构建较高光束质量、高功率的激光系统。如使用ld直接泵浦固体激光介质使其输出中波红外激光，光学系统的结构将得到极大程度的简化，设备价格也有望得到有效降低。但是，由于其量子效率(斯托克斯效率)远比常规近红外ld泵浦固体激光器小很多，所生成的热量将比常规近红外ld泵浦固体激光器大得多，这些热能如果无法有效快速排出，固体激光介质将会出现非常严重的热损伤。这是中波红外ld直泵式固体激光器走向实用化急需解决的首要问题之一。

技术实现思路

1、(一)发明目的

2、本发明的目的是：提供一种基于椭圆反射腔的半导体激光泵浦细径固态激光器，基于灯泵浦固体激光器常见的椭圆柱形反射腔，采用单列或平面叠阵式多列或曲面叠阵式多列ld巴条直接泵浦细径固体激光棒，不仅能使ld激活层输出的泵浦能量可以充分聚焦于极细小的空间位置上，而且可以保证激光介质的吸收均匀性。采用细径的固态激光棒，棒上的泵浦功率密度会得到极大的提高，激光系统的光—光转换效率会比常规的端面泵浦和侧面泵浦方式提高较多。由于细径激光棒的有效比表面积大于常规粗径激光棒，其散热能力将得到数倍程度的增加，由ld泵浦所产生的热量可被冷却液及时带走，激光介质的热损伤现象会得到有效缓解，从而激光介质可实现持续稳定的工作。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于椭圆反射腔的半导体激光泵浦细径固态激光器，基于椭圆反射腔采用ld直接泵浦细径激光晶体棒，一般而言，细径激光介质具有比普通的粗径激光介质大得多的有效比表面积。鉴于有效比表面积较大的激光介质具有较好的散热能力，有利于增益介质内部形成的热积累迅速而有效地被冷却液体带走。一般单列ld泵浦源激活层在快轴方向上的发光高度为微米量级，而圆柱形激光棒的尺寸为几百～一千微米量级，为了大大提高固体激光棒的吸收率，本发明采用了内镀银膜或金膜的椭圆柱形反射腔，将ld泵浦光能聚焦于位于对侧的圆柱形细径激光棒。棒状的激光介质与单列ld巴条的慢轴方向相平行，此结构十分适合于侧面泵浦棒状的激光介质；椭圆柱形反射腔有利于将快轴方向上具有较大的发散角的ld能量聚焦在椭圆柱形反射腔另一侧的焦点处，不仅会使激光系统的光—光转换效率得到较大提升，而且也会较好地保证介质横截面的吸收均匀性。基于此结构使用ld泵浦单个细径激光棒时，单棒激光器输出的激光光束质量会比普通灯泵固体激光器或ld泵浦粗径固体激光器要好；在对激光光束质量要求不高的情况下，可采用平面叠阵式多列或曲面叠阵式多列ld等形式的多列ld泵浦源来泵浦多个固态激光棒，容易实现较高功率的激光输出。

5、本发明基于椭圆柱形反射腔的半导体激光泵浦细径固态激光器，包括内镀银膜或金膜的椭圆柱形反射腔、单列或平面叠阵式多列或曲面叠阵式多列ld泵浦光源、单根或多根分别冷却式或多根集中冷却式圆柱形固体激光棒；在选取单列式ld泵浦细径圆柱形激光棒时，将泵浦ld与激光棒分别放置于椭圆反射腔的两条焦线上；在选取平面叠阵式多列ld泵浦分别冷却式多根细径圆柱形激光棒时，将泵浦ld与激光棒分别放置于经过椭圆反射腔两条焦线所在平面的两个经过椭圆反射腔焦线的法面上，每个激光棒被分别冷却；在选取曲面叠阵式ld泵浦集中冷却式多根细径圆柱形激光棒时，将位于中央的ld与中央的激光棒分别放置于椭圆反射腔的两条焦线上，不在中央的泵浦ld需要放置在可使泵浦光线聚焦在对应激光棒的位置处，所有激光棒位于一个冷却管内被集中冷却。

6、所述单列式ld泵浦源激活层在快轴方向上的发光高度为微米量级，圆柱形激光棒的尺寸为几百～一千微米量级，使用椭圆柱形反射腔将ld泵浦光能聚焦于圆柱形细径激光棒时，固体激光棒的吸收率会大大提高，而且吸收的均匀性会得到较好保证。

7、其中，采用椭圆柱形反射腔，可实现焦线处半导体激光的高功率密度泵浦。

8、其中，在椭圆柱形反射腔内镀银膜或金膜，可增强泵浦光的反射效率。

9、其中，采用单列式ld巴条，由于其在快轴方向上的尺寸为1～2微米量级，可实现对数百～一千微米量级的圆柱形激光棒的泵浦。

10、其中，采用增加ld泵浦巴条的列数和圆柱形细径固体激光棒的数量，如平面叠阵式多列或曲面叠阵式多列ld泵浦分别冷却式多根和集中冷却式多根固态激光棒，可实现激光器的输出功率的增加。

11、(三)有益效果

12、上述技术方案所提供的基于椭圆柱形反射腔的半导体激光泵浦细径固态激光器，具有以下有益效果：

13、(1)本发明中，内镀银膜或金膜的椭圆柱形反射腔可把位于椭圆反射腔一侧焦线处的ld泵浦光充分聚焦于椭圆反射腔另一侧焦线处，这将大大提升该焦线上的泵浦功率密度，从而会使泵浦光的光—光转化效率得到较大提高。

14、(2)本发明中，单列式ld巴条的慢轴方向与圆柱形激光棒平行并处于同一水平面上，非常有利于侧面泵浦棒状的激光介质；在快轴上具有较大发散角的ld泵浦能量可被椭圆反射腔聚焦于椭圆反射腔另一侧焦线上的圆柱形激光棒上，此结构在提高泵浦光利用率的同时也可保证激光介质内部的吸收均匀性。

15、(3)本发明中，细径激光晶体棒具有较大的有效比表面积，激光介质所产生的热量能够被及时有效地带走，可抑制晶体在ld泵浦时所产生的热效应。这种方式对中波红外波段的ld直泵式固体激光器具有更加显著的效果。

16、(4)本发明中，采用多列ld泵浦多个细径激光棒的方式，即将多个细径激光棒置于同一个激光谐振腔之中，在容忍较低光束质量的前提下，可大幅提高激光器的输出功率，同时该方式下ld泵浦激光系统所产生的热量也能被冷却液及时带走。