[发明专利]半导体端面泵浦高功率单模风冷激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器，具体地说，是一种半导体端面泵浦高功率单模风冷激光器。

背景技术

采用激光二极管泵浦的端面泵浦固体激光器因其装置紧凑、光束质量好、效率高等特点而受欢迎。但是，要实现大功率基模端面泵浦固体激光器十分困难，国内尚未见功率超过30W的端面泵浦激光器产品的报道，在国际上也只有光谱物理等少数几家激光公司能做到。

在适合激光二极管泵浦的众多激光晶体中，Nd:YVO₄晶体因受激发射截面大、吸收光谱宽、偏振输出等优点倍受人们青睐(参见“用于飞秒紫外激光产生的LD泵浦高效Nd:YVO₄绿光激光器研究”，光子学报，2000，29(11)：1053～1055页)。但是，Nd:YVO₄晶体导热性能较差，只有Nd:YAG的一半，在大功率泵浦时将会产生明显的热透镜效应；同时，由于Nd:YVO₄为双轴晶体，其“c”轴方向的热膨胀系数为“a”轴方向的2.5倍，泵浦光加热时热膨胀不均匀，使晶体内部产生机械应力，当这种热应力较大时，会使晶体变形甚至损坏，严重影响激光器的工作稳定性和输出光的光束质量。所以，在采用高功率激光二极管作为泵浦源时，热效应成为急需解决的问题。

在解决纵向热透镜的问题时可对热效应进行补偿(参见“大功率LD端面抽运Nd:YAG Z型腔内热效应补偿的研究”，中国激光，2002，A29(8)：673～676页；“固体激光器热透镜焦距的自适应补偿”，中国激光，1999，A26(3)：205～208页；“可自适应补偿热透镜效应的固体激光谐振腔”，物理学报，2000，49(8)：1495～1498页)，但补偿方法大都是通过加入附加的光学元件，这不但加大了光路的调节难度，而且增大了损耗，从而降低了激光输出功率。

克服纵向热效应采用轴不对称散热法，即冷却垂直于Nd:YVO₄晶体“c”轴的两个面，而“a”轴两面不冷却(参见美国专利US 5410559，发明名称“Diodepumped laser with strong thermal lens crystal”)，用这种方法在低功率泵浦时可以得到圆光斑输出，但如果选用大功率的激光二极管作为Nd:YVO₄的泵浦源时，因为Nd:YVO₄晶体上的大量热量不能及时散开而使输出的激光光斑为椭圆形，严重时还会损坏晶体。

此外，由于受晶体中的热效应所产生的热应力不能超过Nd:YVO₄晶体的断裂应力的限制，增益介质的单位面积上存在最大泵浦功率及输出功率(《Powerscaling of diode-pumped Nd:YVO₄ Lasers》，IEEE Quantum Electronics，2002，38(9)：P1291～1299)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功率大、效率高且光束质量优良的半导体端面泵浦高功率单模固体激光器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体端面泵浦高功率单模风冷激光器，包括第一泵浦源激光二极管LD、第二泵浦源LD、第一耦合聚焦系统、第二耦合聚焦系统以及增益介质，所述第一泵浦源LD与第一耦合聚焦系统之间、第二泵浦源LD与第二耦合聚焦系统之间分别通过光纤连接；第一耦合聚焦系统和第二耦合聚焦系统输出的激光分别从相对的两侧入射到所述增益介质；所述第一耦合聚焦系统和第二耦合聚焦系统与增益介质之间分别设有第一折反镜和第二折反镜；所述第一折反镜的反射光路上设有热透镜补偿全反镜；所述第二折反镜的反射光路上设有调Q开关和全反镜；所述增益介质外侧设有第一温度控制装置和第二温度控制装置，分别用于控制与增益介质的a轴垂直的所有表面和与增益介质的c轴垂直的所有表面的温度。

进一步地，所述激光器的谐振腔为“U”型、“Z”型、“L”型或“V”型谐振腔。

进一步地，所述第一泵浦源LD和第二泵浦源LD所采用的泵浦方式为端面泵浦。

进一步地，所述第一泵浦源LD和第二泵浦源LD所采用的泵浦方式为单端面泵浦、双端面泵浦或四端面泵浦。

进一步地，所述第一泵浦源LD和第二泵浦源LD的激光晶体为Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:GdVO₄或Nd:YLF的键合或胶合晶体。

进一步地，所述第一泵浦源LD和第二泵浦源LD的激光晶体为Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:GdVO₄或Nd:YLF的普通激光晶体。