专利名称：一种高功率盘片结构激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高功率盘片结构激光器，属于固体激光器领域。
背景技术：
随着半导体激光器(LD)技术的逐渐成熟，以半导体激光器作为泵浦源的 固态激光器也发展迅速，以其体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、 寿命长、易操作、易智能化、无污染等优点，使其应用领域不断扩展，在空间 通讯、材料加工、医疗卫生、光纤技术、图像处理、印刷、大气科学、光语等 领域均有广泛地应用。固体激光器的增益介质从几何形状上分类主要有板条状、 .棒状和盘片型等几何结构。盘片结构激光器是指激光增益介质具有大的口径/厚 度比的激光器， 一般采用面泵浦、面冷却，激光增益介质由于热梯度方向与激 光传输方向基本平行，同时减小了横向的温度梯度，因此在一定程度上解决了 高功率激光器冷却和高功率泵浦的矛盾，避免了放大的自发辐射效益，可有效 减小激光运转的热透镜效应，获得较高的输出功率，同时保持较好的光束质量， 因此盘片固体激光器是实现高功率激光输出的一种重要方法。
盘片结构激光器具有多种泵浦方式，其中主要有端面泵浦、边缘泵浦和混 .合泵浦方式。采用边缘泵浦方式的激光器由于吸收路径较长，为了提高吸收效 率，必须选择对泵浦光吸收系数较小的激光增益介质，使得泵浦光在盘片内部 多次反射而不断被吸收，如可采用Yb: YAG、 Yb: GGG等盘片型激光增益介质可 采用边缘泵浦方式。
德国Trumpf-laser公司采用多通泵浦耦合系统泵浦，单个Yb: YAG薄片获 得5. 3KW连续激光输出，光-光转换效率达65%。其泵浦光路如图l所示，其中IOI为光纤耦合LD， 102为准直器件，103为抛物面镜焦面上的激光增益介质及 热沉(冷却衬底)，104为折光镜，105为抛物面镜。其光路原理是利用抛物面 镜105及折光镜104对入射泵浦光的反射使其多次反复照射在激光增益介质103 上，提高激光增益介质对泵浦光的利用率。但这个结构上各个反射镜的角度需 要精确的调整，整个装置较为复杂。
实用新型内容
本实用新型采用对称;改置光纤的光纤头结构，改进盘片结构激光器的泵浦 方式，实现高功率激光输出。本实用新型的高功率盘片结构激光器，包括多光 纤束输入光准直系统、激光增益介质盘片、泵浦光反射镜以及激光腔镜。
本实用新型的高功率盘片结构激光器，所述的多光纤束输入光准直系统是 由光纤头和准直透镜组成的，所述的光纤头是指将一束光纤在同一个圆周上对 称放置而形成，同一根光纤两端都在光纤端面上，其对称光纤中心间隙为2d。 本实用新型的高功率盘片结构激光器的光路运行原理为输入光从光纤头的输 入光纤进入，经准直透镜准直后，泵浦激光增益介质盘片，经反射膜反射后进 入光纤头中与输入光纤对称放置的另 一根光纤，由该光纤的另 一端射出后再经 准直镜准直、反射镜反射后进入另一根光纤，如此反复这样的光路过程，使泵 浦光多次反射通过多光纤束输入光准直系统和激光增益介质，并与反射镜、激 光腔镜形成激光谐振腔，再由激光输出腔镜输出。
所述的多光纤束输入光准直系统的光纤头是将一束光纤在同 一个圆周上对 称放置而形成，同一才艮光纤两端的都在光纤端面上，泵浦光从光纤端面的输入 光纤射出后，经准直透镜准直后，被激光增益介质盘片的反射膜反射，再次通 过准直透镜被另 一根的第 一光纤接受，泵浦光从该光纤在同 一光纤端面的另一 端射出后，再经准直、反射进入另一根的第二光纤头， 此反复，使泵浦光多次通过激光增益介质。
进一步的，如上所述的多光纤束输入光准直系统的光纤头，其输入光纤个 数可为一根也可为多根。
进一步的，所述的多光纤束输入光准直系统的光纤头，最后一根光纤的端 面可以镀有泵浦光反射膜，使泵浦光再沿原光路返回。或者，所述的多光纤束 输入光准直系统的光纤头，最后一根光纤的端面可以不镀有反射膜，使泵浦光 从最后一根光纤直接输出。
本实用新型的第 一种扩展实施方式，所述的多光纤束输入光准直系统输入 的泵浦光以 一定角度从侧面泵浦激光增益介质，激光增益介质置于冷却衬底上， 且背面镀有泵浦光和振荡光反射膜，在激光增益介质另 一侧放置泵浦光反射镜， 形成泵浦光多次反射光路，在激光增益介质正对面放置激光腔镜形成激光谐振腔。
本实用新型的第二种扩展实施方式，采用多个所述的多光纤束输入光准直 系统输入泵浦光，正向泵浦对应的多个激光增益介质盘片，激光增益介质置于 冷却衬底上，且背面镀有泵浦光和振荡光反射膜，在各个激光增益介质与光纤 头之间形成泵浦光反射光路，在第一块激光增益介质的侧面放置一个振荡光反 射镜，在最后一块激光增益介质的另一侧面放置一个激光输出腔镜，与振荡光 反射镜构成Z字型激光谐振腔。
本实用新型的高功率盘片结构激光器，采用多光纤束输入准直系统，配合 激光增益介质盘片、反射镜及激光腔镜可组成多次反射泵浦光路。该结构的激 光器可采用一个或多个输入光纤，可增减多光纤束输入准直系统及相应的激光 增益介质盘片数量，亦可调节光纤头和泵浦光反射镜的角度，形成多种激光振 荡腔，结构较为简单、灵活。
图1为现有的德国Trumpf-laser公司的多通泵浦耦合系统的单个泵浦光路
图2 (a)为本实用新型的实施例一的光路图2 (b)为本实用新型高功率盘片结构激光器的光纤头的结构及光路图3为本实用新型的实施例二的光路图4为本实用新型的实施例三的光路图。
具体实施方式
现结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。
本实用新型的高功率盘片结构激光器其结构是包括多光纤束输入准直系 统，盘片激光增益介质反射装置，泵浦光反射镜及激光腔镜。
本实用新型高功率盘片结构激光器所述的多光纤束输入准直系统301是由 光纤头201和准直透镜202所组成的。其中光纤头201,如图2(a)和图2(b) 所示，是将一束光纤在同一个圆周上对称放置而形成，同一根光纤的两端都在 同一光纤端面上，其对称光纤中心间隙为2d。泵浦光反射光路是由光纤头201, 准直透镜202以及激光增益介质盘片203构成。准直透镜202的焦距为f，激光 增益介质盘片203由片状激光增益介质203A,泵浦光^^射膜203B及冷却衬底 203C组成。若光纤头201中光纤发光点在准直透镜202的焦平面上，则从两个 堆成光纤发出的光截面将在L处完全重合，L-f/d。
本实用新型光路运行原理为如图2 (b)所示，泵浦光从光纤头201入射 光纤20101射出，经准直透镜202准直后，在距离准直透镜202为L处，被盘 片激光增益介质的反射膜203B反射，反射光再次通过准直透镜202准直后回到光纤头201中与光纤20101相对称的光纤20102中，光纤20102的另一端20103 亦在光纤头201上，泵浦光从光纤20103射出，再经准直透镜202准直，泵浦 光反射膜203B反射，准直透镜202准直进入光纤20104,光纤20104的另一端 20105放置在光纤头201上，如此反复，实现泵浦光多次通过激光增益介质203A。 若在最后一根光纤20112上镀反射膜Sl,则输出光再通过原路循环，并最终再 回到光纤20101,形成20101 — 20102 — 20103 — 20104 — 20105—……—20112 — .20111 —20110—……20101的循环;若最后一级光纤20112不置反射膜，则输出 光直接从光纤20112输出。
本实用新型高功率盘片结构激光器的光纤头201可使泵浦光从光纤20101 输入后反复通过激光增益介质盘片203。由于光照射到激光增益介质后又被反射 膜反射，因而入射光将两次通过激光增益介质。若光纤头201中含有2N个光纤， 即光纤头201光纤端面中有4N个光纤端面，则可被激光增益介质盘片203反射 2N次，从光纤20101输入的泵浦光可4N次通过激光增益介质203A。即当光纤 头201含有6根光纤时，泵浦光可24次通过激光增益介质203A;若光纤头201 含有8根光纤时，泵浦光可32次通过激光增益介质2Q3A。这样，若在光纤头 201中设置M个输入光纤，即有M个光纤20101，每个输入光纤在光纤头中有N 个光纤接受输出，则每个光纤的输出光通过激光增益介质203A的次数为4N,即 采用丽根光纤构成光纤头可使M束输入光各自4N次通过激光增益介质203A, 从而实现高功率光纤输入泵浦。
扩展的，参阅图3所示，本实用新型的实施例二是由光纤头201和准直透 '镜202组成的多光纤束输入光准直系统301,发出准直光以一定角度从侧面泵浦 激光增益介质203A,在激光增益介质203A与冷却衬底203C之间镀有泵浦光和 振荡光的高反射膜203B，并与输出腔镜305形成激光振荡腔。泵浦光中未被激光增益介质203A吸收的部分被反射到在激光增益介质另一侧的反射镜302,并 被反射镜302反射，从而在多光纤束输入光准直系统301、激光增益介质盘片 203与反射镜302之间形成泵浦光多次反射光路，在激光增益介质正对面放置激 光腔镜形成激光谐振腔。这样，激光增益介质可实现多次对泵浦光的吸收。
参阅图4所示，本实用新型的实施例三是采用多个所述多光纤束输入光准 直系统301,输入泵浦光正向泵浦对应的多个激光增益介质盘片203,与反射镜 302、激光腔镜303构成高功率盘片激光器。其中激光增益介质盘片203在其激 '光增益介质203A与冷却衬底203C间镀有对泵浦光和振荡光高反射膜203B。在 各个激光增益介质与光纤头之间形成泵浦光反射光路，在第一块激光增益介质 盘片的侧面放置一个振荡光反射镜，在最后一块激光增益介质的另一侧面放置 一个激光输出腔镜，与振荡光反射镜构成Z字型激光谐振腔，光纤头输出光正 入射激光增益介质盘片进行泵浦，未被吸收的泵浦光被反射回光纤头，构成多 次反射泵浦光^各。
本实用新型要求保护的范围不限于文中介绍的各实施例，涉及的专门技术 是本专业一般人员所熟悉的，因此只要了解本实用新型的内容和特性，可以做 各种形式的变换和代换。
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权利要求1.高功率盘片结构激光器，包括多光纤束输入光准直系统、激光增益介质盘片、泵浦光反射镜及激光腔镜，其特征在于所述的多光纤束输入光准直系统是由一束光纤对称放置而成的光纤头和准直透镜组成的，输入光从光纤头的输入光纤(20101)射出，经准直透镜准直后，泵浦激光增益介质盘片，经反射镜反射后进入光纤头中与输入光纤(20101)对称放置的另一根光纤(20102)，由光纤(20102)的另一端(20103)射出后再经准直、反射进入另一根光纤(20104)，如此反复，使泵浦光多次反射通过多光纤束输入光准直系统和激光增益介质，并与激光腔镜形成激光谐振腔，再由激光输出腔镜输出。
2. 根据权利要求1所述的高功率盘片结构激光器，其特征在于所述的多光纤 束输入光准直系统的光纤头(201 )是将一束光纤在同 一个圓周上对称放置而 形成，同一根光纤的两端都在光纤端面上，泵浦光从光纤端面的输入光纤(20101)射出后，经准直透镜(202 )准直后，被激光增益介质盘片(203) 的反射膜(203B)反射，再次通过准直透镜被另一根光纤(20102 )接受，泵 浦光从光纤(20102 )在同一光纤端面的另一端(20103 )射出后，再经准直、 反射进入另一根光纤头(20104 ),如此反复，使泵浦光多次通过激光增益介 质(2Q3A)。
3. 根据权利要求1或2所述的高功率盘片结构激光器，其特征在于所述的多 光纤束输入光准直系统的光纤头，其输入光纤个数可为一根也可为多根。
4. 根据权利要求1或2所述的高功率盘片结构激光器，其特征在于所述的多 光纤束输入光准直系统的光纤头，最后一根光纤的端面可以镀有泵浦光反射 膜，使泵浦光再沿原光路返回。
5. 根据权利要求1或2所述的高功率盘片结构激光器，其特征在于所述的多 光纤束输入光准直系统的光纤头，最后一根光纤的端面可以不镀有反射膜，使泵浦光从最后一根光纤直接输出。
6. 根据权利要求1所述的高功率盘片结构激光器，其特征在于所述的多光纤 束输入光准直系统输入的泵浦光以一定角度从侧面泵浦激光增益介质，激光 增益介质置于冷却衬底上，且背面镀有泵浦光和振荡光反射膜，在激光增益 介质另一侧放置泵浦光反射镜，形成泵浦光多次反射光路，在激光增益介质 正对面放置激光腔镜形成激光谐振腔。
7. 根据权利要求1所述的高功率盘片结构激光器，其特征在于采用多个所述 的多光纤束输入光准直系统输入泵浦光，正向泵浦对应的多个激光增益介质 盘片，激光增益介质置于冷却衬底上，且背面镀有泵浦光和振荡光反射膜， 在各个激光增益介质与光纤头之间形成泵浦光反射光^各，在第一块激光增益 介质的侧面放置一个振荡光反射镜，在最后 一块激光增益介质的另 一侧面放 置一个激光输出腔镜，与振荡光反射镜构成Z字型激光谐振腔。
专利摘要本实用新型的一种高功率盘片结构激光器，包括多光纤束输入光准直系统、激光增益介质盘片、泵浦光反射镜及激光腔镜。所述的多光纤束输入准直系统是由一束光纤对称放置而成的光纤头和准直透镜组成的，输入光可在多光纤束输入光准直系统、激光增益介质盘片以及反射镜之间多次反射，从而使得泵浦光多次经过激光增益介质，从而实现高功率激光输出。本实用新型的高功率盘片结构激光器结构较为简单、灵活，可采用一个或多个输入光纤，可增减光纤头以及相应的激光增益介质盘片数量，亦可调节光纤头和泵浦光反射镜的角度，形成多种激光振荡腔。
文档编号H01S3/16GK201398011SQ20092013834
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者凌吉武, 砺 吴, 柏天国, 陈燕平 申请人:福州高意通讯有限公司