CN113594838A - 一种高功率绿光薄片激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率绿光薄片激光器，包括：光纤绿光激光器单元和半导体可饱和吸收体，光纤绿光激光器单元包括：绿光激光器、增益光纤、第一偏振激光增益系统、第二偏振激光增益系统、偏振合成透镜、波分复用耦合器和反射镜；光纤绿光激光器单元包括：通过波分复用耦合器将能量注入光纤线路，增益光纤作为激光器的激励介质，输入的激光能够在其中产生激发光的增益，反射反射镜、半导体饱和吸收镜中的反射镜构成光腔，使激光受到选模和多次反射为绿光激光器提供谐振腔；半导体饱和吸收镜吸收介质能够对激光产生吸收饱和而产生高能量脉冲。通过对光纤激光器进行被动调Q，实现光纤激光器腔内损耗的周期性变化，实现激光器的脉冲高功率输出。

Description

一种高功率绿光薄片激光器

技术领域

本发明涉及绿光激光器研发制造技术领域，尤其涉及一种高功率绿光薄片激光器。

背景技术

薄片激光器是一类有潜力的高功率激光源,其主要优点是允许非常高的泵浦功率密度但在晶体内不会有太高的温升。在纵向泵浦的平顶泵浦光束作用下这种结构可以产生垂直于圆盘表面、几乎均匀的轴向一维热流,因而可以减小热透镜效应。能有效去除增益介质的热沉积,在获得高功率激光输出同时,保持高效率和高光束质量。激光晶体的厚度一般都在几百个微米左右，并且薄片激光器的谐振腔长度都非常短，最典型的薄片激光器的谐振腔的腔长就等于薄片介质本身的厚度，即薄片晶体的前后两个表面分别是微型谐振腔的两个端镜，这一方案可以通过在其前后两个表面上镀膜而实现。正是由于薄片激光器晶体薄、腔长短，这就使得腔内两个纵模的频率间隔增大，进而超过增益带宽，即在荧光谱线的宽度内，只有一个纵模存在，故而容易获得单纵模激光振荡。

二极管泵浦的薄片激光器具有体型小、结构简单紧凑、重量轻、集成化的优点；另外，薄片激光器中的激光晶体在特别高的抽运功率密度作用下，即在不断升高注入的泵浦功率的情况下，薄片晶体内的温度基本保持不变，从而很大程度地降低了激光晶体的热效应，进而提高了输出激光的光束质量；薄片结构中激光介质所产生的热流沿其激光振荡的轴向方向，即采用轴向散热，这样就能够快速将激光介质上的热沉积带走，使抽运效率得到提高；薄片激光器大都采用多通泵浦方式，即泵浦辐射光多次通过薄片晶体，利于激光晶体对泵浦光功率的吸收；薄片激光器的输出功率稳定性很高，且能维持高效运转，正因为它的可靠性高，且成本低，因此更加适合工业加工生产。正是由于以上所述的各种优势，二极管泵浦的薄片激光器的应用非常广泛。在材料微加工方面，LD泵浦的薄片激光器的输出稳定且功率高，输出的激光光束质量好。然而，现有的薄片激光器激光输出功率，稳定性并不能满足使用要求，且使用时并不方便，因此，亟需一种更为专业的高功率绿光薄片激光器以解决上述问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种高功率绿光薄片激光器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高功率绿光薄片激光器，包括：光纤绿光激光器单元和半导体可饱和吸收体，所述光纤绿光激光器单元包括：绿光激光器、增益光纤、第一偏振激光增益系统、第二偏振激光增益系统、偏振合成透镜、波分复用耦合器和反射镜；

所述光纤绿光激光器单元包括：通过波分复用耦合器将能量注入光纤线路，所述增益光纤作为绿光激光器的激励介质，输入的激光能够在其中产生激发光的增益，所述反射反射镜、所述半导体饱和吸收镜中的反射镜构成光腔，使激光受到选模和多次反射为绿光激光器提供谐振腔；

所述半导体可饱和吸收体为半导体饱和吸收镜，所述半导体饱和吸收镜吸收介质能够对激光产生吸收饱和而产生高能量脉冲。

本发明一个较佳实施例中，所述偏振合成透镜用于将第一偏振激光增益系统激发的振荡光与第二偏振激光增益系统激发的振荡光合成为一束激光。

本发明一个较佳实施例中，所述第一偏振激光增益系统包括第一激励装置、第二激励装置和第一激光晶体。

本发明一个较佳实施例中，所述第二偏振激光增益系统包括第三激励装置、第四激励装置、第二激光晶体。

本发明一个较佳实施例中，所述第一激光晶体激发的振荡光偏振方向呈竖直方向；所述第二激光晶体激发的振荡光偏振方向呈水平方向。

本发明一个较佳实施例中，所述的增益光纤掺有稀土元素，所述稀土元素为钇和铥的其中一种或者多种。

本发明一个较佳实施例中，所述绿光激光器还包括布置在偏振光合成后的光路上的Q开关和绿光输出镜。

本发明一个较佳实施例中，所述绿光激光器还包括：倍频晶体和平面反射镜，所述倍频晶体布置于绿光输出镜的反射光路上，所述平面反射镜布置于倍频晶体的远离绿光输出镜的一侧。

本发明一个较佳实施例中，所述偏振合成透镜用于将第一偏振激光增益系统激发的振荡光与第二偏振激光增益系统激发的振荡光合成为一束激光。

本发明一个较佳实施例中，所述偏振合成透镜的法线方向与合成后光路方向呈布儒斯特角。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明通过对光纤激光器进行被动调Q，实现光纤激光器腔内损耗的周期性变化，从而实现激光器的脉冲高功率输出。利用半导体饱和吸收镜在谐振波长具有饱和吸收的性质，即在激光振荡功率较低的时候对光吸收，而在强激光作用下，吸收系数随光强的增加而减小至饱和，对光呈现透明的特性，从而实现损耗的降低和激光的输出。

(2)本发明能够在泵浦源发射波长与增益介质吸收谱不匹配的情况下，通过引入一种中间介质，实现两级泵浦，增大了泵浦源波长的使用范围；同时，级联泵浦还具有一个优势是可以降低增益介质中的热负载。第二次泵浦时的泵浦光与发射激光波长更为接近，降低了激光过程中的量子亏损，进而有效降低了热负载，更有效的进行热管理，提高使用寿命。

(3)本发明偏振合成透镜对腔内振荡的竖直偏振基频光与水平偏振基频光进行合成，同时对激光晶体进行双端泵浦，缩短了激光谐振腔长度，提高了谐振腔内基频光光功率密度。同时，采用热补偿负透镜对激光晶体的热透镜效应进行了补偿，进一步提高了激光器的输出功率及稳定性，实现了短波长绿光激光器的高效率、高输出功率的稳定运转。

(4)本发明提供更高的输出功率和更短的脉冲，并且结构简单，使用时更方便。另一方面，能够将泵浦光束缚在腔内，使泵浦光在腔内来回反射，多次经过增益介质被充分吸收，在保证吸收的同时，也可以提高泵浦吸收的均匀性。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种高功率绿光薄片激光器，包括：光纤绿光激光器单元和半导体可饱和吸收体，光纤绿光激光器单元包括：绿光激光器、增益光纤、第一偏振激光增益系统、第二偏振激光增益系统、偏振合成透镜、波分复用耦合器和反射镜。

光纤绿光激光器单元包括：通过波分复用耦合器将能量注入光纤线路，增益光纤作为绿光激光器的激励介质，输入的激光能够在其中产生激发光的增益，反射反射镜、半导体饱和吸收镜中的反射镜构成光腔，使激光受到选模和多次反射为绿光激光器提供谐振腔。

本发明一个较佳实施例中，偏振合成透镜用于将第一偏振激光增益系统激发的振荡光与第二偏振激光增益系统激发的振荡光合成为一束激光。第一偏振激光增益系统包括第一激励装置、第二激励装置和第一激光晶体。第二偏振激光增益系统包括第三激励装置、第四激励装置、第二激光晶体。第一激光晶体激发的振荡光偏振方向呈竖直方向；第二激光晶体激发的振荡光偏振方向呈水平方向。

本发明一个较佳实施例中，绿光激光器还包括布置在偏振光合成后的光路上的Q开关和绿光输出镜；绿光激光器还包括：倍频晶体和平面反射镜，倍频晶体布置于绿光输出镜的反射光路上，平面反射镜布置于倍频晶体的远离绿光输出镜的一侧。偏振合成透镜用于将第一偏振激光增益系统激发的振荡光与第二偏振激光增益系统激发的振荡光合成为一束激光。偏振合成透镜的法线方向与合成后光路方向呈布儒斯特角。

本发明一个较佳实施例中，半导体可饱和吸收体为半导体饱和吸收镜，半导体饱和吸收镜吸收介质能够对激光产生吸收饱和而产生高能量脉冲。通过对光纤激光器进行被动调Q，实现光纤激光器腔内损耗的周期性变化，从而实现激光器的脉冲高功率输出。利用半导体饱和吸收镜在谐振波长具有饱和吸收的性质，即在激光振荡功率较低的时候对光吸收，而在强激光作用下，吸收系数随光强的增加而减小至饱和，对光呈现透明的特性，从而实现损耗的降低和激光的输出。

本发明一个较佳实施例中，的增益光纤掺有稀土元素，稀土元素为钇和铥的其中一种或者多种；能够在泵浦源发射波长与增益介质吸收谱不匹配的情况下，通过引入一种中间介质，实现两级泵浦，增大了泵浦源波长的使用范围；同时，级联泵浦还具有一个优势是可以降低增益介质中的热负载。第二次泵浦时的泵浦光与发射激光波长更为接近，降低了激光过程中的量子亏损，进而有效降低了热负载，更有效的进行热管理，提高使用寿命。

本发明一个较佳实施例中，偏振合成透镜对腔内振荡的竖直偏振基频光与水平偏振基频光进行合成，同时对激光晶体进行双端泵浦，缩短了激光谐振腔长度，提高了谐振腔内基频光光功率密度。同时，采用热补偿负透镜对激光晶体的热透镜效应进行了补偿，进一步提高了激光器的输出功率及稳定性，实现了短波长绿光激光器的高效率、高输出功率的稳定运转。

本发明一个较佳实施例中，通过提供更高的输出功率和更短的脉冲，并且结构简单，使用时更方便。另一方面，能够将泵浦光束缚在腔内，使泵浦光在腔内来回反射，多次经过增益介质被充分吸收，在保证吸收的同时，也可以提高泵浦吸收的均匀性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高功率绿光薄片激光器，包括：光纤绿光激光器单元和半导体可饱和吸收体，其特征在于，

所述光纤绿光激光器单元包括：绿光激光器、增益光纤、第一偏振激光增益系统、第二偏振激光增益系统、偏振合成透镜、波分复用耦合器和反射镜；

所述光纤绿光激光器单元包括：通过波分复用耦合器将能量注入光纤线路，所述增益光纤作为绿光激光器的激励介质，输入的激光能够在其中产生激发光的增益，所述反射反射镜、所述半导体饱和吸收镜中的反射镜构成光腔，使激光受到选模和多次反射为绿光激光器提供谐振腔；

所述半导体可饱和吸收体为半导体饱和吸收镜，所述半导体饱和吸收镜吸收介质能够对激光产生吸收饱和而产生高能量脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述偏振合成透镜用于将第一偏振激光增益系统激发的振荡光与第二偏振激光增益系统激发的振荡光合成为一束激光。

3.根据权利要求1所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述第一偏振激光增益系统包括第一激励装置、第二激励装置和第一激光晶体。

4.根据权利要求3所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述第二偏振激光增益系统包括第三激励装置、第四激励装置、第二激光晶体。

5.根据权利要求4所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述第一激光晶体激发的振荡光偏振方向呈竖直方向；所述第二激光晶体激发的振荡光偏振方向呈水平方向。

6.根据权利要求1所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述的增益光纤掺有稀土元素，所述稀土元素为钇和铥的其中一种或者多种。

7.根据权利要求1所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述绿光激光器还包括布置在偏振光合成后的光路上的Q开关和绿光输出镜。

8.根据权利要求1所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述绿光激光器还包括：倍频晶体和平面反射镜，所述倍频晶体布置于绿光输出镜的反射光路上，所述平面反射镜布置于倍频晶体的远离绿光输出镜的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述偏振合成透镜用于将第一偏振激光增益系统激发的振荡光与第二偏振激光增益系统激发的振荡光合成为一束激光。

10.根据权利要求9所述的一种高功率绿光薄片激光器，其特征在于：所述偏振合成透镜的法线方向与合成后光路方向呈布儒斯特角。