[发明专利]一种基于复合结构增益介质的腔内级联泵浦激光器

说明书

本发明公开了一种基于复合结构增益介质的腔内级联泵浦激光器。采用热键合技术，制备了一种包含中间增益介质和目标增益介质的复合结构增益介质，可单独构成封闭式腔内级联泵浦谐振腔。该一体式结构，使二级泵浦光完全约束在复合增益介质内部，二级泵浦光多次通过目标增益介质，被目标增益介质充分吸收，实现了较高的泵浦吸收效率和良好的泵浦均匀性。复合结构增益介质的热管理性能优异，可将增益介质内部的热沉积有效传递，利于获得高功率的激光输出。另外，该结构中泵浦光与输出激光非同向，避免了输出激光经过热效应严重的泵浦端面区域，进一步改善输出激光的光束质量。本发明还具有结构紧凑，可靠性高，光路简单且易调节的优势。

技术领域

本发明涉及激光器领域，提出了一种基于复合结构增益介质的新型腔内级联泵浦激光器。该激光器基于使用扩散键合法制备的复合结构增益介质，热管理性能优异，具有结构紧凑、泵浦吸收效率高、泵浦均匀性好的特点，可获得高功率、高光束质量的激光输出。

背景技术

固体激光器(Solid-state Laser)在基础研究、材料加工制造、医疗、国防等领域具有广泛的应用前景。实现高功率、高光束质量激光输出的技术是当前国内外固体激光研究领域的重点之一。

对于某些特定波长(如紫外波段、中红外波段和THz波段)的输出，难以采用直接泵浦的方式获得目标波长激光输出，因此引入级联泵浦的技术手段。级联泵浦^[1]是指在泵浦源发射波长与目标增益介质吸收谱不匹配的情况下，引入中间增益介质，首先对中间增益介质进行泵浦，产生的激光作为第二级泵浦光，泵浦产生目标波长激光的增益介质，通过两级泵浦最终实现目标波长的激光输出。

传统的级联泵浦^[2]，其谐振腔由增益介质、聚焦透镜和腔镜组成。全反镜和输出镜与中间增益介质构成产生二级泵浦光λ₁的谐振腔，一个输出镜和另一个输出镜与目标增益介质构成输出目标波长激光λ₂的谐振腔。该结构中，二级泵浦光λ₁被约束在整个谐振腔内，形成腔内级联泵浦，泵浦光λ₁在腔内多次往返，被目标增益介质充分吸收，可实现高的泵浦吸收效率。但由于采用的是分立式元件，在造成结构复杂的同时，会带来更多的器件损耗；另外，传统的腔内级联泵浦结构为开放式结构，为实现腔内级联泵浦，需要泵浦光与目标输出激光同向，致使输出激光会通过热效应严重的泵浦光入射端面，极大地限制了输出激光的光束质量^[3]。

本发明设计了一种基于复合结构增益介质的新型腔内级联泵浦激光器，以解决传统级联泵浦激光器存在的问题。采用热键合技术，制备了一种包含中间增益介质和目标增益介质的复合结构增益介质，可单独构成封闭式腔内级联泵浦谐振腔。该一体式结构，在减小器件损耗的同时提高了系统的可靠性，简化了腔内级联泵浦激光器结构，并且热管理性能优异，可实现高功率的激光输出；另外，该结构无需泵浦光与输出激光同向，避免了输出激光经过热效应严重的区域，进一步改善输出激光的光束质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于复合增益介质结构的新型腔内级联泵浦激光器，可实现高功率、高光束质量的激光输出。

本发明的新型腔内级联泵浦激光器包括：两个泵浦源、一块复合结构增益介质和铜热沉10。复合增益介质包裹铟箔，夹在铜热沉中间，两个泵浦源通过螺纹连接贴合铜热沉。复合增益介质由三块增益介质键合而成，三块增益介质分别为第一增益介质1、第二增益介质2、第三增益介质3；其中，第一增益介质1 和第三增益介质3为中间增益介质，第二增益介质2为低掺杂浓度的目标增益介质。第一增益介质1的左侧面、第三增益介质3的右侧面分别为一级泵浦光λ₀的泵浦入射面A4和泵浦入射面B5，入射面A4和入射面B5上均镀有一级泵浦光λ₀的增透膜以及二级泵浦光λ₁的高反膜。第二增益介质2的下表面为目标激光输出腔面6，镀有波长λ₂的耦合输出部分反射膜(可为半透半反膜)，第二增益介质2的上表面为目标激光振荡腔面7，镀有目标输出激光波长λ₂的高反膜。