[发明专利]具有匀光功能的激光泵浦装置和激光泵浦方法

说明书

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于强化激光束的激光工作物质的激光泵浦装置，配有该激光泵浦装置的激光器系统和根据权利要求15的前序部分的、用于强化激光束的激光工作物质的激光泵浦方法。

二极管泵浦固体激光器是用在许多应用场合的标准激光器系统。实际上采用二极管泵浦固体激光器通过不同技术实现功率定标。其中基本问题一般在于，当在激光工作物质中的体积泵浦功率密度递增时，热致效应如热透镜、去极化或应力断裂导致光参数恶化，甚至是激光工作物质的毁损。此外，当功率定标所需的大功率泵浦源只有不足的时，该激光器振荡模式将会出现更大的误差。

通过增大几乎为圆形的泵浦横截面来实现定标固然在一定程度上是可行的，但是，这会急剧地导致激光振荡模式调适方面的困难。

因此，现有技术公开了不同的其它解决手段，借此力求实现一种可以避免或尽量减轻这些负面效果的功率定标。

一种好很多的定标方法提出例如圆盘式激光器理念，例如如EP0632551所述，它利用完整的多次将其导回到激光工作物质的泵浦。在此情况下，利用一种直接解决手段可以减轻热效应，做法是，激光工作物质很薄地构成，并且散热在朝向激光工作物质的薄延伸方向以一维方式进行。

由此得到的优点在于，一方面，因靠近散热体而导致很小的温度升高，另一方面，在该激光器振荡模式下的横向梯度保持很小，这是因为在此方向出现的热传导可以忽略不计。

该理念的改进在EP1629576中有所描述。其中，通过使用一种显著呈椭圆形聚焦至薄片圆盘的泵浦装置，获得由两维热流带来的附加热力学优点，这体现为峰值温度的降低。

通过在光纤耦合激光二极管领域内的进展，可以实现这种光源耀度的连续提高，这可被用来实现激光工作物质长度范围内的定标。尤其与具有相对较高强化横截面的激光工作物质，如Nd:钒酸盐相结合，可以用最简单结构获得很好的效果。近一、二十年内在结晶生长技术方面已获得的进展在此同样产生积极效果。这种理念的后续发展最终会导致光纤激光器，与圆盘激光器相似，其可以实现很高的输出功率。

最后，还存在一种在所谓的椭圆形或高椭圆形泵浦中进行功率定标的其它可能性。其中，笔直地(例如在竖向上)保持一强焦点，用于保证所需的小信号增益。而泵浦体积通过在其它方向的发散而扩大。在此情况下，可以保证以面积来测量的功率密度没有超出相对热效应而言的关键值。一种相应解决方案例如由EP1318578公开。为此，通过直线扩宽来实现定标。对该方案而言最合适的激光工作物质形状为棒状，确切的说是“扁条”状，就像也在EP1181754中描述的那样。对此特别重要的是沿该直线有很均匀的泵浦分布，这是因为如果有不均匀情况，则在激光器振荡模式中将会出现急剧的误差。这可如此解决，例如，来自一个激光器棒组的光借助多个透镜首先经一具有内部全反射功能的匀光器被传输到呈平面波导形式的两侧面，该两侧面的出射面随后又通过多个透镜投影到激光工作物质之中或之上。这样的混合或混匀减轻了衰减的的或功率变化的泵浦光源的影响，从而随之出现均匀的或被均匀化的泵浦光束，它可以作为泵浦光斑被投影到激光工作物质上。

该解决方案因此固然允许不同的成组激光器二极管的发射光的混匀，但由于在匀光器的耦合输入和耦合输出中采用透镜系统，所以其结构复杂，调校困难。此外，后置光学件对激光器系统的占地面积也提出相应要求。

因而，这类具有根据现有技术的匀光器棒的激光器系统因其结构和所采用的部件而太复杂、调校费事和/或太大。

其它解决手段例如在以下文献中有描述：Beach，Raymond J.的“Theory and optimization of lens ducts”，《应用光学件》，第35卷，第12期，1996年4月20日，第2005-2015页；或者Honea，Eric C.等人的“Analysis of an intracavitydoubled diode-pumped Q-switched Nd:YAG laser producing more than 100 W of power at 0.352μm”，《光学快报》，第23卷，第15期，1998年8月1，第1203-1205页，这些解决手段固然放弃了接设在匀光器之后的透镜系统，但因为其所述应用所需要的在两个轴方向上的混匀而不适用于产生高椭圆形泵浦光斑形状。

本发明的一个任务在于提供一种结构紧凑或简化的激光泵浦装置，用于产生椭圆形泵浦形状，以及提供采用该激光泵浦装置的激光器系统、尤其是二极管泵浦固态激光器系统。