[发明专利]一种端面泵浦固体激光器

说明书

技术领域

本发明属于固体激光器领域，具体涉及一台半导体激光器端面泵浦的固态高重复率电光调Q脉冲激光器。

背景技术

20世纪80年代后期，随着半导体激光器和激光晶体材料技术的不断进步，固体激光器技术得到了迅速的发展，应用范围不断地扩展。使用半导体激光器阵列端面泵浦的固体激光器具有转换效率高，光束质量好，稳定性好，连续工作时间长，寿命长等优点，可广泛地应用于激光标刻、激光材料加工和激光医疗等领域。国内外对半导体激光器阵列的端面泵浦进行了广泛的研究，特别是半导体激光器阵列的光束耦合研究。光束耦合一般包括光束准直，光束整形，聚焦三个步骤，其中又尤以光束整形最为重要。由于传统半导体激光器阵列采用19个激光二极管排成一列的结构，其快轴发散半角一般为35°、发光区1um，慢轴发散半角一般为8°、发光区10mm，两个方向上的拉格朗日不变量相差千余倍，这对端面泵浦是极为不利的，需要整形圆化处理才能进行端面泵浦。光束整形作为近年来的研究重点，有多种方案，比较典型的有光纤耦合系统、光学成像系统、台阶型反射镜整形系统以及二元光学系统，主要都是通过将半导体激光器阵列按节点分割，多光束进行旋转重排来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端面泵浦固体激光器，该激光器具有输出光束质量高、结构紧凑和脉冲重复频率高的优点。

本发明提供的一种端面泵浦固体激光器，其特征在于，该激光器包括依次位于同一光路上的半导体激光器、光学耦合系统、谐振腔前腔镜、激光晶体、起偏器、电光调Q元件和谐振腔后腔镜，激光晶体为掺钕钒酸钇晶体，位于光学耦合系统的后焦点处。

本发明采用新型的半导体激光器，其慢轴发光区压缩为1mm，再经快轴准直后其远场光斑为方形，可以直接聚焦进行固体激光器的端面泵浦。另外，其慢轴发光区短，聚焦效果更好，聚焦光斑小于传统巴条的聚焦光斑，这对泵浦是相当有利的。本发明电光调Q性能稳定，开关速度快，容易得到20ns以下的窄脉冲，但由于高压驱动源和晶体本身的限制，其重复频率不高。本发明可应用于激光打标领域。具体而言，本发明具有以下优点：

1)采用新型的半导体激光器阵列做泵浦源进行端面泵浦，该半导体激光器区别于传统半导体激光器阵列的发光点结构，采用一片连续的发光区替代，慢轴方向发光区为1mm，远小于传统半导体激光器阵列的10mm，这就提高了光束质量，大大简化了耦合系统，获得更小的聚焦光斑，同时提高了耦合效率和泵浦效率。

2)泵浦光束功率高、质量高，泵浦效率高，激光输出阈值低，且聚焦光斑小，采用端面泵浦的方式，使激光晶体内的增益分布与激光器基模空间体积匹配，输出光束质量高。

3)激光晶体使用掺钕钒酸钇晶体，荧光寿命短，适合高重复频率运转。

4)调Q晶体选择较大纵横比的硅酸镓镧晶体，可有效降低半波电压，从而降低了驱动电源的要求，使工作更加稳定。通过电光调Q技术，可使激光脉冲脉宽窄，峰值功率高。

附图说明

图1是本发明端面泵浦固体激光器的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的端面泵浦的固体激光器包括依次位于同一光路上的半导体激光器1、光学耦合系统2、谐振腔前腔镜3、激光晶体4、起偏器5、电光调Q元件6和谐振腔后腔镜7。激光晶体4为掺钕钒酸钇晶体，位于光学耦合系统2的后焦点处。

本发明采用半导体激光器作泵浦源，其发光区为连续的发光区，发光区慢轴方向尺寸为1mm，快轴方向尺寸为1um。半导体激光器附带快轴准直器件，其远场光斑呈方形。

本发明的工作过程如下：半导体激光器1的输出光束经光学耦合系统2聚焦在激光晶体4中心处，激光晶体4吸收泵浦光受激荧光辐射，当Q开光打开之后，辐射的荧光在谐振腔内震荡放大，获得稳定的震荡光，通过谐振腔后腔镜7耦合输出。

所述的半导体激光器1附带快轴准直镜，准直镜采用柱透镜结构，紧贴在半导体激光器1的出射光处，经快轴准直后其远场光斑为方形，不需要进行光束的整形，可以直接聚焦应用于端面泵浦固体激光晶体4，简化了光学耦合系统2。

所述的光学耦合系统2包括一准直镜和一聚焦镜，准直镜将快慢轴发散角压缩一致，使快慢轴光束经聚焦镜聚焦后的焦点位置一致，且使焦点位于激光晶体4的正中心。

所述的谐振腔前、后腔镜，可以提供光学正反馈。前腔镜镀增透膜，提高泵浦光的透过率，镀全反膜提供光学正反馈；后腔镜镀的高反膜，在提供光学正反馈的同时也可以获得激光耦合输出。如谐振腔前腔镜镀808nm增透膜、1064nm的全反膜，谐振腔后腔镜镀有1064nm高反膜。