[发明专利]一种紧凑型MOPA结构的宽温全固态激光器

说明书

本发明公开了一种紧凑型MOPA结构的宽温全固态激光器，包括：振荡级和放大级，振荡级输出光束经过放大级进行双程放大。本发明具有简易化、低成本的特点，能实现高光束质量的激光放大，可在‑30℃～60℃宽温范围内稳定工作。

技术领域

本发明涉及全固态激光技术领域，尤其是一种紧凑型MOPA结构的宽温全固态激光器。

背景技术

全固态激光器是采用激光二极管(LD)作为泵浦源的固体激光器，目前已广泛应用于空间探测、生物医学和军事国防等领域。近年来随着技术和工艺的不断进步，全固态激光器越来越向小型化、稳定化方向发展；同时，在一些特殊领域如激光雷达应用中，需要大能量的激光器来提升其探测距离，并且要有较宽的工作温度范围来适应苛刻的工作环境。

但由于激光晶体自身的限制，能量过大会使晶体热效应过高而导致光束质量和转化效率下降。针对该问题，目前普遍采用基于MOPA结构的激光放大技术，振荡级产生低能量、高光束质量的种子光注入到一级或多级/多程放大模块中，从而产生大能量、高光束质量的激光输出。

然而，现有的MOPA结构大多采用侧泵模块作为放大级，侧泵模块体积较大，且其热效应比较严重，热致折射率变化和热应力形变会导致放大后的光束质量大大退化。采用相位共轭镜或加入波导对泵浦光进行匀化可使光束质量得到一定的补偿，但增加光学元件违背了小型化、简易化的初衷，提高了激光器的成本。此外，基于MOPA结构的激光器一般没有采取宽温措施，温度适应性较差，使其应用范围受到一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紧凑型MOPA结构的宽温全固态激光器，具有简易化、低成本的特点，能实现高光束质量的激光放大，可在-30℃～60℃宽温范围内稳定工作。

为解决上述技术问题，本发明提供一种紧凑型MOPA结构的宽温全固态激光器，包括：振荡级和放大级，振荡级输出光束经过放大级进行双程放大。

优选的，振荡级包括振荡级泵浦模块、后腔镜与输出镜共用底座、振荡级后腔镜、振荡级激光晶体、屋脊棱镜a、偏振片、1/4波片、调Q晶体、光楔对和输出镜；振荡级泵浦模块中泵浦光经准直聚焦后，透过振荡级后腔镜入射到振荡级激光晶体中，接着光束传输至屋脊棱镜a，方向被折转180°后从棱镜中射出，依次经过偏振片、1/4波片、调Q晶体、光楔对和输出镜，最后形成激光输出。

优选的，放大级包括屋脊棱镜b、分光镜、光电探测器、屋脊棱镜c、放大级泵浦模块、放大级后腔镜和放大级激光晶体；振荡级形成的激光输出光束入射到屋脊棱镜b上，光路被折转180°后出射至分光镜，小部分光被反射到放置于光路外的光电探测器，大部分光透过分光镜入射到屋脊棱镜c上，光路再次被折转180°后入射到放大级激光晶体中，接着传输到放大级后腔镜上，被反射后再次入射到放大级激光晶体中；放大级泵浦模块中泵浦光经准直聚焦后，透过放大级后腔镜入射到放大级激光晶体中，将两次经过放大级激光晶体的振荡级输出光束放大，最后输出至腔外。

优选的，振荡级泵浦模块和放大级泵浦模块中，泵浦源为半导体激光器、光纤耦合半导体激光器以及DBR激光器，泵浦方式为端面泵浦，泵浦源发出的泵浦光经过泵浦耦合透镜准直聚焦至激光晶体中。

优选的，振荡级后腔镜与放大级后腔镜为平凸镜，凸面朝向腔内直接补偿激光晶体的热透镜效应。无需在腔内插入负透镜补偿，凸面曲率半径可根据激光晶体等效热透镜焦距灵活调整。

优选的，后腔镜与输出镜共用底座为殷钢材质，热膨胀系数较小，温度引起的形变小。

优选的，振荡级激光晶体和放大级激光晶体为激光器的增益介质，用于吸收泵浦光并产生激光输出，基质材料为氟化钇锂、钒酸盐、YAG(钇铝石榴石)晶体、玻璃或陶瓷，其中至少掺杂一种激活离子，激活离子为Nd³⁺、Yb³⁺、Cr³⁺或Tm³⁺。