一种脉冲型固体激光器的制作方法

本发明涉及固体激光器技术领域，特别涉及一种脉冲型固体激光器。

背景技术：

典型的脉冲型固体激光器实现高平均功率的方法是采用端面泵浦或侧面泵浦固体激光介质，直接在谐振腔内调q实现。这样的方案结构比较简单，但是在实现较短的脉冲宽度以及高品质的光束质量方面非常困难。而方块状固体材料的激光介质在实现高功率激光输出方面，由于其天然存在的中心与边缘的巨大温度梯度导致的激光输出的功率和光束品质下降严重，同时基于振荡器方式的短脉冲、高平均功率的激光输出，相对来说非常困难。现有技术中有些采用具有一定夹角的整体全反镜构成多程放大，但是这种结构很容易导致自激产生并且无法分离自激光与放大信号光。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种脉冲型固体激光器，能够提供脉冲短、平均功率大且光束质量高的脉冲型固体激光器。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种脉冲型固体激光器，包括主振荡器组件和功率放大器组件；所述主振荡器组件包括第一泵浦源、激光输出模块和激光传递模块，所述第一泵浦源射出的光线经所述激光输出模块后形成种子激光；所述激光传递模块包括第一全反镜和若干反射镜；所述第一全反镜相对一侧布置若干反射镜；所述功率放大器组件包括第二泵浦源、波导和板条晶体；所述板条晶体位于第一全反镜与若干反射镜之间，所述第二泵浦源射出的光线穿过所述波导和第一全反镜后进入板条晶体内，所述板条晶体用于吸收第二泵浦源产生的光线；所述种子激光经过若干反射镜和第一全反镜，使种子激光在板条晶体内形成多次往返，用于放大种子激光功率。

进一步，所述激光输出模块包括第二全反镜、输出镜、固体激光介质、偏振片和调q开关；所述第一泵浦源发出的光线依次经过所述第二全反镜、固体激光介质、偏振片、调q开关和输出镜，且所述第一泵浦源发出的光线在所述第二全反镜与输出镜之间反复震荡后形成种子激光，所述种子激光由输出镜射出。

进一步，所述第二全反镜一侧的光线射入表面镀泵浦光增透膜，所述第二全反镜另一侧的光线射出表面镀泵浦光增透膜和激光高反膜；所述输出镜一侧的光线射入表面镀30%输出激光的介质膜，所述输出镜另一侧的光线射出表面镀输出激光增透膜。

进一步，所述激光输出模块还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和第二透镜均为凸透镜；所述第一泵浦源发出的光线依次经过第一透镜和第二透镜后射入第二全反镜。

进一步，所述激光传递模块还包括第三透镜和第四透镜，所述第三透镜为凸透镜，所述第四透镜为凹面柱透镜；所述输出镜射出的种子激光依次经过第三透镜和第四透镜后穿过板条晶体射入第一全反镜。

进一步，所述激光传递模块还包括第三反射镜和第四反射镜，所述输出镜射出的种子激光依次经过第三反射镜和第四反射镜后穿过板条晶体射入第一全反镜。

进一步，若干所述反射镜、第三反射镜和第四反射镜的射入表面均镀高反膜。

进一步，所述主振荡器组件还包括法拉第隔离器，所述法拉第隔离器位于所述激光输出模块与所述激光传递模块之间，用于使光只能单方向传输。

进一步，所述功率放大器组件还包括第五透镜第六透镜；所述第五透镜位于第二泵浦源与波导之间，所述第六透镜位于波导与第一全反镜之间，用于整形第二泵浦源产生的泵浦光。进一步，所述第二泵浦源射出的光线射入第一全反镜一侧的表面镀泵浦光增透膜；所述种子激光射入第一全反镜另一侧的表面镀泵浦光增透膜和激光高反膜。

进一步，所述第一泵浦源为光纤泵浦源；所述第二泵浦源为阵列ld。

进一步，所述板条晶体呈薄片状，所述板条晶体材料是nd:yvo或nd:yag。

本发明的有益效果在于：

1．本发明所述的脉冲型固体激光器，将所述主振荡器组件输出的种子激光经过板条晶体后放大输出激光功率，而同时不会影响光束的品质及脉冲宽度，从而实现短脉冲、高平均功率、高光束质量的激光输出。

2．本发明所述的脉冲型固体激光器，通过板条晶体吸收第二泵浦源的能量，用于放大种子激光。

3．本发明所述的脉冲型固体激光器，采用较低输出功率的短脉冲种子源，可以使激光输出模块输出的短脉冲种子激光质量高。

4．本发明所述的脉冲型固体激光器，通过所述第一反射镜、第二反射镜、第一全反镜、板条晶体和第四反射镜共同作用，实现对种子光的线性多程放大。

5．本发明所述的脉冲型固体激光器，通过分离式的多反射镜方案代替单一的反射镜有效的避免了自激光的产生且容易实现自激光的分离，这样可以更好的实现线性多程放大，也可以有效地抑制自激的产生和自激信号的放大，从而提高激光放大效率和光束质量。

附图说明

图1为本发明所述的脉冲型固体激光器原理图。

图中：

10-主振荡器组件；11-第一泵浦源；12-激光输出模块；121-第二全反镜；122-输出镜；123-固体激光介质；124-偏振片；125-调q开关；126-第一透镜；127-第二透镜；13-激光传递模块；131-第一全反镜；132-第一反射镜；133-第二反射镜；134-第三透镜；135-第四透镜；136-第三反射镜；137-第四反射镜；20-功率放大器组件；21-第二泵浦源；22-波导；23-板条晶体；24-第五透镜；25-第六透镜。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明所述的脉冲型固体激光器100，包括主振荡器组件10和功率放大器组件20。

所述主振荡器组件10包括第一泵浦源11、激光输出模块12和激光传递模块13。所述第一泵浦源11射出的光线经所述激光输出模块12后形成种子激光；所述激光传递模块13包括第三反射镜136、第四反射镜137、第一全反镜131和位于所述第一全反镜131相对一侧的第一反射镜132和第二反射镜133；所述功率放大器组件20包括第二泵浦源21、波导22和板条晶体23；所述板条晶体23位于第一全反镜131与第一反射镜132和第二反射镜133之间，使得所述激光传递模块13反射的激光在反射的过程中多次穿过所述的板条晶体23，一般所述板条晶体23在第一全反镜131与第一反射镜132和第二反射镜133正中间。所述第二泵浦源21射出的光线穿过所述波导22和第一全反镜131后进入板条晶体23内，所述板条晶体23用于吸收第二泵浦源21产生的光线，使得所述主振荡器组件10发出的种子激光在多次穿过板条晶体23后功率变大；所述第一泵浦源11射出的光线经所述激光输出模块12形成的种子激光后入射至所述的第三反射镜136和所述的第四反射镜137，经第四反射镜137反射后到达所述的第一全反镜131，经所述第一全反镜131反射的光线依次经所述第一反射镜132、第一全反镜131、第二反射镜133、第一全反镜131反射后输出激光，这样可以使种子激光在板条晶体23内形成多次往返，用于放大种子激光功率。第一全反镜131相对一侧的反射镜可以是多个，图1为一种实施例仅有第一反射镜132和第二反射镜133。现有技术中一般使用整体的全反镜构成多程放大，但是在使用过程中很容易导致自激光产生并且无法分离自激光与放大信号光。这样会影响激光放大效率和降低光束质量。本发明创新性的将一个整体的全反镜变为分离式的多反射镜，这样有效的避免了自激光的产生且容易实现自激光的分离，也可以更好的实现线性多程放大。

具体的，所述激光输出模块12包括第二全反镜121、输出镜122、固体激光介质123、偏振片124和调q开关125，第二全反镜121和输出镜122间隔相对设置，所述第一泵浦源11发出的光线依次经过所述第二全反镜121、固体激光介质123、偏振片124、调q开关125和输出镜122，且所述第一泵浦源11发出的光线在所述第二全反镜121与输出镜122之间反复震荡后形成种子激光，所述种子激光由输出镜122射出。激光输出模块12输出的激光波长是1064nm。

所述固体激光介质123需要具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。所述固体激光介质123可以是nd：yvo4或nd:yag中的任意一种。本实施方式中，所述固体激光介质123的尺寸可以是3mm*3mm*10mm，其中3mm*3mm的面镀泵浦光和激光双增透膜，例如泵浦光808nm(t＞99%)和激光1064nm(t＞99%)双增透膜。

所述偏振片124用于将激光转化为变成线偏振光。所述调q开关125用于将一般输出的连续激光压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而获得高峰值功率，窄脉冲激光。

本实施方式中，所述第二全反镜121靠近第一泵浦源11的一侧表面镀泵浦光增透膜，例如泵浦光增透膜（t＞98%）；背离所述第一泵浦源11的一侧表面镀泵浦光增透膜和激光高反膜，例如泵浦光808nm增透膜（t＞98%）和激光1064nm高反膜（t＞99.8%）。所述输出镜122朝向第二全反镜121的一侧表面镀部分输出激光介质膜，例如透射30%输出激光1064nm的介质膜；背离所述第二全反镜121的一侧表面镀输出激光增透膜，例如输出激光1064nm增透膜(t＞99%)。

所述激光输出模块12还包括耦合的第一透镜126和第二透镜127，所述第一透镜126和第二透镜127分别用于第一泵浦源11的准直和聚焦，使得第一泵浦源11在所述固体激光介质123中形成需要的泵浦光斑尺寸。其中所述第一透镜126和第二透镜127均为凸透镜。所述第一透镜126靠近所述第一泵浦源11，所述第二透镜127靠近所述第二全反镜121。本实施方式中，所述第一透镜126的焦距f=20mm，所述第二透镜127的焦距f=20mm。

所述激光传递模块13还包括第三透镜134和第四透镜135，所述第三透镜134和第四透镜135用于调整所述激光输出模块12发射的种子激光的束腰位置和束腰形状以及束腰尺寸，使种子激光与所述板条晶体23具有良好的匹配，获得最佳的光束质量和最佳的放大效率。所述第三透镜134为凸透镜，所述第四透镜135为凹面柱透镜。所述激光输出模块12发射的种子激光依次经过第三透镜134和第四透镜135。本实施方式中，所述第三透镜134的焦距f=100mm，所述第四透镜135的焦距f=-80mm。

所述激光传递模块13还包括第三反射镜136和第四反射镜137，所述第三反射镜136和第四反射镜137用于反射激光输出模块12输出的激光，使其能够入射至所述第一全反镜131上。所述本实施方式中，所述第三反射镜136靠近所述输出镜122，所述137靠近所述第一全反镜131。所述输出镜122输出的种子激光经所述第三反射镜136、第四反射镜137后反射至第一全反镜131上。

所述第一反射镜132和第二反射镜133朝向所述第一全反镜131的表面镀0°高反膜，例如激光1064nm的0°高反膜(t＞99.8%)。所述第三反射镜136朝向所述输出镜122的表面镀45°高反膜，例如激光1064nm45°高反膜(t＞99.8%)；所述第四反射镜137朝向所述第一全反镜131的表面镀45°高反膜，例如激光1064nm45°高反膜(t＞99.8%)。

所述第一全反镜131朝向波导22的一侧表面镀泵浦光增透膜，例如泵浦光增透膜（t＞98%）；背离所述波导22的一侧表面镀泵浦光增透膜和激光高反膜，例如泵浦光808nm增透膜（t＞98%）和激光1064nm高反膜（t＞99.8%）。

所述主振荡器组件10还包括位于所述激光输出模块12与激光传递模块13之间的法拉第隔离器14，所述法拉第隔离器14目的在于只允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高激光输出的稳定性和避免光学器件损伤。

所述板条晶体23呈薄片状，板条晶体23可以是nd:yvo4或nd:yag中一种，当选用nd:yvo4材料时，其掺杂原子分数可以为0.3%或者其他浓度。本实施方式中，所述板条晶体23尺寸为14mm*10mm*1mm，其中14mm*1mm面镀泵浦光和激光双增透膜，例如泵浦光808nm(t＞99%)和激光1064nm(t＞99%)双增透膜，14mm*10mm面采用水传导冷却方式，冷水温度设置为25°，水温控制精度为0.1°，有利于激光的稳定性。

所述波导22的材料为bk7。本实施方式中，所述波导尺寸为60mm*16mm*3.5mm，16mm*3.5mm面镀泵浦光增透膜，例如泵浦光808nm(t＞99.8%)，波导22可将泵浦光在波导两端反射面之间的离散分布整形成均匀的长条形光斑。

所述功率放大器组件20还包括第五透镜24和第六透镜25。所述第五透镜24位于第二泵浦源21与波导22之间，用于改变所述第二泵浦源21发出光线的方向或是控制泵浦源光分布情形。所述第六透镜25位于波导22与第一全反镜131之间，用于改变经所述波导22后的光线的方向或是控制泵浦源光分布情形。

本实施例中，所述第一泵浦源11为光纤泵浦源，输出泵浦光的波长808nm。所述第二泵浦源21为阵列ld，为多bar垂直层叠的半导体激光器，输出泵浦光波长为808nm，每个bar的快轴方向准直。

本发明提供的脉冲型固体激光器100，将所述主振荡器组件10输出的激光再经过板条晶体23后可放大输出激光功率，由于板条晶体23较薄的厚度以及均匀对称的冷却，极大改善了板条晶体23的热效应影响，同时采用了波导22、第五透镜24、第六透镜25可用于泵浦光匀化设计，使得进入板条晶体23的泵浦光空间分布更加均匀，从而实现短脉冲、高平均功率、高光束质量的激光输出。本发明提供的脉冲型固体激光器100，能够提供脉冲短、平均功率大且光束质量高的激光。具体原理如下：

第二泵浦源21射出的光线穿过所述第五透镜24、波导22、第六透镜25和第一全反镜131后进入板条晶体23内，所述板条晶体23吸收第二泵浦源21产生的光线；同时第一泵浦源11通过第一透镜126与第二透镜127得到设定的泵浦光斑尺寸，激光束经过第二全反镜121、固体激光介质123、经过偏振片124和调q开关125输出高峰值功率，窄脉冲种子激光；高峰值功率，窄脉冲种子激光由输出镜122输出，经过第三透镜134、第四透镜135、第三反射镜136和第四反射镜137后在穿过板条晶体23过程中高峰值功率，窄脉冲种子激光多次穿过板条晶体23实现放大输出激光功率的作用。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例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。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。