[发明专利]一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及全固态激光器领域，特别涉及一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法。

背景技术

全固态激光器的热效应主要由激光介质、激光二极管及其他光学元件产生，其中激光介质产生的热效应对激光器的影响最为明显。在全固态激光器中，输入激光介质的抽运能量只有部分能量成为激光输出，而其余部分的能量都被转换成为热损耗。产生热损耗的原因主要有以下三个方面：1)全固态激光器中泵浦能带的非辐射跃迁激光介质的泵浦能带与亚稳能级发生非辐射跃迁，将能量传递给激光介质；2)由于存在荧光量子效应和浓度淬灭效应，致使晶体内部产生损耗；3)激光介质吸收非匹配波长上的能量泵浦光与激光介质泵浦能带不相匹配的抽运光被介质吸收，转化为热能。激光介质一方面会吸收抽运能量，能量沉积导致发热，另一方面又因为不均匀冷却使热量发生流动，导致激光介质内部温度出现不均匀的分布，引起激光介质出现不均匀的膨胀，产生热应力，导致激光介质产生热致效应，对激光光束质量有严重的影响，限制激光输出的功率和光束质量。

1969年美国通用电器公司提出板条激光器的概念，他们使用面抽运的板条状几何结构，通过合理设计的“之”字形光路，消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而得到比棒状工作物质作为固体激光器更高的平均输出功率和更好的光束质量。这种激光器在工作时，温度梯度发生在板条厚度方向上(板条宽度方向上的两侧面被热绝缘)，而光在厚度方向的两侧面(即抽运面)上发生全内反射，呈锯齿形光路在两抽运面之间传播，光传播方向近似与温度梯度方向平行，利用激光介质的对称性和“之”字型光路消除一阶热效应，从而减小激光束的热透镜效应和热光畸变效应，因此得以输出更高的平均输出功率和更好的光束质量的激光。尽管如此，这种激光器在高功率抽运下，由于板条固体激光器工作介质宽、厚度比较大，仍然存在有一定的热透镜效应，在板条宽度方向的光束质量较差。

发明内容

为了减小热透镜效应，提高在板条宽度方向的光束质量，本发明提供了一种具有高填充比表层增益板条介质及其制备方法。

本发明提供的具有高填充比表层增益板条介质，包括：复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层；

所述非掺杂区及所述非掺杂层均由未掺杂激活离子的基质材料构成；

所述上掺杂层和所述下掺杂层均由掺杂激活离子的基质材料构成，其中，在所述上掺杂层中和在所述下掺杂层中所述掺杂激活离子具有均一的掺杂浓度。

本发明提供了一种具有高填充比表层增益板条介质的制备方法，当所述基质材料为激光晶体时，包括以下步骤：

将掺杂单晶板进行切割和抛光，分别得到上掺杂层和下掺杂层，其中，所述掺杂单晶板为掺杂有激活离子的激光晶体；

选择第一非掺杂单晶板，将所述上掺杂层的水平面与所述第一非掺杂单晶板的水平面进行键合；

将所述第一非掺杂单晶板非键合的水平面进行减薄后精抛光，并与所述下掺杂层的水平面进行键合，得到复合区，将复合区的左右两端进行抛光；

选择两个第二非掺杂单晶板，将两个所述第二非掺杂单晶板分别与所述复合区的左右两端进行端面键合，并进行抛光和切割。

本发明还提供了一种具有高填充比表层增益板条介质的制备方法，当所述基质材料为激光陶瓷时，包括以下步骤：

选择若干个非掺杂陶瓷坯料、及若干个掺杂陶瓷坯料；

将若干个所述非掺杂陶瓷坯料和掺杂陶瓷坯料按照上述的具有高填充比表层增益板条介质的结构压合在一起，进行烧结成型后，切割、减薄和精抛光。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例设计了一种具有高填充比表层增益板条介质，包括复合区，及分别位于所述复合区左右两端的两个非掺杂区；所述复合区包括三层，由上到下依次为上掺杂层、非掺杂层及下掺杂层，掺杂层集中在板条激光增益介质的表面，这种增益板条介质不仅使得板条中增益区得到充分的利用，而且可以实现泵浦激光和振荡激光的有效分离，有效避免了双色镜对激光系统的影响。另外，本发明的高填充比表层增益板条介质具有极强的散热能力，有利于实现高效率、高功率、高光束质量激光输出。本发明实施例提供的具有高填充比表层增益板条介质的填充比可以达到98％以上，甚至可以达到100％。

附图说明

图1是本发明装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的纵剖图；

图2是本发明装置实施例的具有高填充比表层增益板条介质的激光光路示意图；