[实用新型]一种碟片固体激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光技术，具体涉及一种基于离轴抛物面的碟片固体激光器。 

背景技术

随着激光技术水平的提高，固体激光器向着高平均功率、高光束质量、高转换效率的方向快速发展。目前以光纤激光器和碟片激光器为代表的新一代固体激光器已经成为激光器家族中的典型代表。此类高档工业激光器与其他高新技术相互融合，使得固体激光器在汽车车身外板焊接、汽车板拼焊和金属板材切割等领域有着越来越广泛的应用。 

碟片固体激光器多采用准三能级激光介质，利用其热效应低，掺杂浓度高的特点，将其几何外形设计成碟片状(0.2mm～1mm)。碟片晶体的前表面镀有对泵浦光和激光均高透的增透膜，后表面镀有对泵浦光和激光均高反的高反膜，有利于构成激光谐振腔。碟片晶体封装在铜钨合金或金刚石基板上，端面采用液体冲击冷却或高效TEC冷却，实现有效地温控。这种轴向的温度场分布极大地消除了晶体热变形对激光输出的影响，便于获得更好光束质量的激光。然而这种碟片状的几何外形存在对泵浦光吸收长度小的缺点，为了提高泵浦光的吸收效率，多次泵浦技术和光斑匀化技术是高功率碟片固体激光器高效稳定运行的核心技术之一。1994年，A.Giesen教授提出了多次泵浦的概念，碟片思想得以实现。2003年，Steffen Erhard 等提出了单抛物面物面和多棱镜构成的空间旋转多次泵浦的结构；2005年，Steffen Erhard等对上述方案进行改进提出了基于单抛物面和两个大型棱镜实现光束空间旋转多次泵浦技术的方案，实现泵浦光32次的泵浦，使得泵浦光得到有效地利用。2008年，朱晓等提出一种基于对称共轭双抛物面的多次泵浦方案，实现泵浦光斑的多次传输，其泵浦次数与激光晶体和矫正镜的夹角有关。 

Steffen Erhard等提出碟片激光器的多次泵浦技术要求入射光斑为圆形准直光斑，光斑在整个抛物面空间多次旋转传输，且以光轴为轴对称分布从而实现多次泵浦。这就需要加工尺寸较大的抛物面和折叠镜以实现上述光线的传输；朱晓教授等提出共轭抛物面的多次泵浦方案对矫正镜和碟片晶体之间的角度关系直接决定泵浦光斑的次数，由于入射孔位置和共轭抛物面几何结构的限制，泵浦光斑的次数受到较大的制约，而且在装配和调整方面存在两抛物面共轭放置的严格要求，装配精度比较严格。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型的基于离轴抛物面的碟片固体激光器，该激光器有利于实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。 

本实用新型提供的碟片固体激光器，其特征在于，它包括第一鼓形抛物面反射镜、第二鼓形抛物面反射镜、碟片激光晶体、矫正镜和激光输出镜；其中，激光输出镜与碟片激光晶体构成谐振腔；第一鼓形抛物面反射镜和第二鼓形抛物面反射镜相对放置，且底面相互平行且在同一平面，第一鼓形抛物面反射镜、第二鼓形抛物面反射镜的光轴存在偏移量Δh，0＜Δh＜1/2PH1，其中，PH1为第一鼓形抛物面反射镜上下两个端 面的距离；碟片激光晶体一面镀有对泵浦光和输出激光高反的膜层并安装在晶体支架上，另一面镀有对泵浦光和输出激光高透的膜层，碟片激光晶体放置在第二鼓形抛物面反射镜的焦点上或适当离焦，其离焦量小于碟片激光晶体的直径；矫正镜放置在第一鼓形抛物面反射镜的焦点处或适当离焦，其离焦量小于碟片激光晶体的直径。 

上述技术方案可以采用下述一种或多种方式进行改进：(一)该碟片固体激光器还包括激光全反镜，其中碟片激光晶体和激光全反镜与激光输出镜构成谐振腔；(二)第一鼓形抛物面反射镜、第二鼓形抛物面反射镜的光轴存在偏移量Δh，0＜Δh＜1/2PH1，其中，PH1为第一鼓形抛物面反射镜上下两个端面的距离；(三)第二鼓形抛物面反射镜的外形比第一鼓形抛物面反射镜的外形大，即[PH2-PH1]＞w，PH1为第一鼓形抛物面反射镜上下两个端面的距离，PH2为第二鼓形抛物面反射镜上下端面的距离，w为入射光斑的宽度；(四)碟片激光晶体的厚度为0.2mm～1mm，直径为4mm～25mm；(五)碟片激光晶体安装时其法线与光轴存在一夹角α，0≤α＜π/4；(六)矫正镜安装时其法线与光轴存在一夹角β，0≤β＜π/4。 

本实用新型装置的核心在于多次泵浦系统，较前述的两种方案，实现相同泵浦次数时，抛物面的尺寸作的更为小巧，对光束传输的控制更为高效，方式更为灵活。仅需对光线进行必要的准直，通过控制两抛物面的离轴量或碟片激光晶体与矫正镜的相对角度就可实现可控的多次泵浦，且泵浦次数得到了极大提高，更有利于实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。具体而言，本实用新型具有以下优点：