专利名称：端面泵浦风冷激光器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种激光器，特别是涉及一种端面泵浦风冷激光器。
背景技术：
目前，市场上大部分商用端泵激光器采用的是直线腔结构。这种结构虽然简单，能够获得较大的激光输出，但是由于这种腔型本身不对称结构以及端面泵浦区域小的限制，导致腔本身不能太长，不能直接获得光束质量较好的激光输出，并且由于热透镜效应，激光输出能量不稳定。同时，由于转换率低，大部分泵浦能量转换为热能，散热方式只能采用水冷，造成体积庞大，冷却水的加入又为安全带来了隐患，因此，其应用受到限制。
发明内容
本发明的目的，就是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种新的激光谐振腔型的构思，提供一种能够获得光束质量好(近似基模)、功率稳定、实现空气冷却的激光输出的端面泵浦风冷激光器。
为了实现上述目的，本发明所涉及的端面泵浦风冷激光器的技术方案是这样的本发明的原理是利用折叠腔型实现谐振腔的对称来减小热透镜效应，同时利用耦合聚焦镜调节泵浦光束腰大小和位置与谐振腔的基模相匹配，使得大部分泵浦能量运转于基模，从而获得光束质量好功率稳定的激光输出。激光在谐振腔内振荡的过程中，在光束横截面上的光强形成各种不同形式的稳定分布，在光束横截面上的这种稳定分布，称为激光束的横向模式，简称横模，基横模在激光光束的横截面上各点的位相相同，光束质量最好，简称基模。泵浦光打在晶体内部，形成热量在晶体内的不均匀分布，折射率发生微小变化的，晶体的光学特性等效于一个透镜，称之为热透镜。晶体在谐振腔内可以等效于一个焦距为f的热透镜，热透镜f与泵浦光束腰ω的平方成正比，即f∝ω2，为了减少热透镜，就必须增加泵浦光束腰大小；但是对于一定的谐振腔，基模在晶体上的大小ω00是一定的，为了使激光能量集中在基模，就必须增加泵浦光束腰大小和基模大小满足ω≈ω00，因此泵浦光在晶体内部的大小要尽可能的小于并且接近基模大小。对于大小和能量一定的泵浦，产生的热透镜f大小也是一定的。如图3所示，根据透镜的光学矩阵，折叠腔的热透镜矩阵为10-1f1,]]>而直线腔的等效热透镜矩阵为10-1f1×10-1f1=10-2f1,]]>其等效热透镜为 相同等效长度的折叠腔的热透镜只有直线腔的一半，其热透镜效应明显减轻。对于相同的泵浦，采用折叠腔能够大大减少谐振腔的热透镜效应。
本发明所涉及的端面泵浦风冷激光器由谐振腔、激光晶体和泵浦单元构成。其特征是，激光器的谐振腔为V型折叠结构，其光路为V形，沿光轴由全反镜，腔镜和输出镜构成；激光晶体置于靠近腔镜的光轴上，即位于折叠腔的拐角处，便于泵浦光泵浦激光晶体；采用折叠腔能够使激光晶体处于对称结构的中心，热透镜效应减少一半，而且能够有效地拉长腔长，从而达到提高光束质量、功率稳定输出的目的。泵浦单元由光纤和耦合聚焦镜构成，耦合聚焦镜由多片透镜组合而成。泵浦光从光纤输出，经泵浦光光纤出光口束腰，通过耦合聚焦镜直和聚焦，再从V型折叠腔拐角处的腔镜入射到激光晶体内部，形成耦合后泵浦光束腰并产生基频光。通过耦合聚焦镜后，泵浦光束腰在激光晶体内部大小与此谐振腔的基模大小相同。耦合聚焦镜采用可伸缩的结构(即其中一片透镜在光轴上的位置可以改变)，便于调节泵浦光束腰与基模位置重合从而使激光能量能够集中在基模，光束质量得到极大改善，能量也获得了最大程度的利用；此结构能获得较高的光-光转换效率，减少了热量的产生，从而可以采用风冷(空气冷却)结构。在V型折叠腔内光轴上设置调Q器件实现激光脉冲输出或不设调Q器件即实现激光的连续输出。在基频光传输路径上任一位置设置非线性晶体实现激光输出的频率(或波长)转换或不设置非线性晶体不实现频率转换。全反镜到激光晶体的中心距离为145至155mm；腔镜到晶体的中心距离为18至22mm；输出镜至腔镜的距离为125至135mm；耦合聚焦镜出光面到晶体的中心距离为28至32mm；V型折叠腔的拐角角度小于20°。
本发明所述的泵浦耦合聚焦镜是由3片两组透镜组合而成；第一组镜片由两个透镜8和9紧贴组成，对泵浦光进行准直；第二组镜片仅一个透镜7，作用是将准直后的泵浦光聚焦，两组透镜之间距离可调，即透镜7在光轴上的位置可以改变。
本发明所述的激光晶体位于等效腔的结构中心。
本发明所述的激光晶体为掺钕酸钇晶体或掺铵钇铝石榴石晶体或掺钕钒酸钆晶体或掺镱钇铝石榴石晶体或掺钕铝酸钇晶体或掺钕钨酸钾钆晶体或掺钕氟化钇锂晶体。
本发明所述的在V型折叠腔内光轴上设置的调Q器件为声光或光电或染料调Q器件。
本发明所述的在基频光传输路径上任一位置设置的非线性晶体为磷酸钛氧钾(KTP)或三硼酸锂(LBO)或偏硼酸钡(BBO)。
本发明所称的端面泵浦风冷激光器，其耦合聚焦镜出光端面到激光晶体的中心距离为30mm；全反镜到激光晶体的中心距离为150mm；腔镜到激光晶体的中心距离为20mm；输出镜到腔镜的距离为130mm；V型折叠腔的拐角角度为18°。
本发明所称的端面泵浦风冷激光器具有构思新颖、设计合理、工艺规范、安装简便、易于形成工业化批量生产等优点；具有输出光束质量好、功率稳定、能够实现空气冷却、体积小巧、便于携带、价格适宜等优点。本发明可广泛应用于工业加工、科研、医疗、军事等各个领域；特别适用于各种材料表面的激光标记、材料表面或内部雕刻、精细加工、切割、电子焊接、泵浦、激光定位和激光测距等领域。
图1端面泵浦风冷激光器结构示意图；
图2泵浦耦合聚焦镜结构原理示意图；图3直线腔示意图；图4直线腔的等效腔示意图；图5折叠腔的示意图；图6折叠腔的等效腔示意图；图3中，16和18为腔镜，17为热透镜，腔镜16和18构成直线腔，热透镜17靠近透镜18。
图4中，19和21为腔镜，20为等效腔的热透镜，腔镜19和21构成等效腔，透镜20在等效腔中心。
图5中，22、24、25为腔镜，23为折叠腔的热透镜，腔镜22、24和25构成折叠腔、透镜23靠近腔镜24。
图6中，26和28为腔镜，27为等效腔的热透镜，腔镜26和28构成等效腔，热透镜27在等效腔中心。
具体实施例方式
本发明所涉及的端面泵浦风冷激光器，其技术方案结合附图1和附图2详细叙述如下实施例1本发明由谐振腔、激光晶体5(取掺钕钒酸钇晶体作为激光晶体5)和泵浦单元构成。激光器的谐振腔为V型折叠腔结构，其光路为V形，沿光轴1由全反镜2、腔镜6和输出镜13构成；晶体5位于靠近腔镜6光轴1上即位于等效腔的结构中心；采用泵浦光11泵浦；泵浦单元由光纤12和耦合聚焦镜10构成；耦合聚焦镜10由3片两组透镜组合而成，第一组镜片由两个透镜8和9紧贴组成，对泵浦光11进行准直；第二组镜片有一片透镜7其作用是对准直后的泵浦光11进行聚焦，两组透镜之间距离可调，即透镜7在光轴1上的位置可改变；泵浦光11从光纤12输出，经泵浦光光纤出光口束腰14，通过耦合聚焦镜10准直和聚焦，再从V型折叠腔拐角处的腔镜6入射到激光晶体5内部形成耦合后泵浦光束腰15，并产生基频光4，实现激光的连续输出。
如图2所示，设光纤12输出的参数为出光口径(即束腰)14为ωfiber＝0.4mm，数值孔径Na＝0.22，通过耦合聚焦镜10，泵浦光11的光学参数变为束腰15ω＝0.8mm，数值孔径NA＝0.11，采用比较简单的3透镜结构就能实现，具体范例如下3个透镜7、8、9参数相同f＝30mm，按照图2所示摆放，光纤12出光面到透镜9的距离为a＝12.45mm，透镜9透镜8紧贴在一起，这样透镜8和透镜7之间光束近似平行光，透镜7在光轴1上位置的改变基本不影响出光的束腰15大小和工作距离(透镜7出光面到束腰15的距离)，耦合聚焦镜10就能够实现1∶2的聚焦效果和工作距离b＝30mm。
谐振腔的参数定下来，其基模在晶体5内部的直径也确定下来了。选取合适的谐振腔，就能够使基模大小与泵浦光11相匹配，激光能量能够集中在基模。具体设计范例如下按照图1在光轴1上摆放激光器各部分器件，包括全反镜2、腔镜6、输出镜13、激光晶体5和耦合聚焦镜10；全反镜2到晶体5中心的距离为150mm，腔镜6到晶体5中心的距离为20mm，输出镜13到腔镜6的距离为130mm，V型腔的拐角角度小于20度，设18°，耦合聚焦镜10出光端面距离激光晶体5中心30mm。根据热透镜理论，在泵浦功率为20W，泵浦束腰15为0.8mm的条件下，其等效热透镜为f＝458mm；根据光束传输矩阵，可以计算出当折叠腔的等效腔长为300mm时，基模在晶体内部的大小为ω00＝0.75mm，与泵浦光在晶体5内部的大小ω相接近。这种条件下，能够得到输出光束质量好、功率稳定的激光连续输出。
实施例2在V型折叠腔内光轴1上设置声光调Q器件3，其它技术特征与实施例1完全相同，可以实现激光的脉冲输出。
实施例3在基频光4传输路径上任一位置设置磷酸钛氧钾(KTP)非线性晶体，其它技术特征与实施例1完全相同，可以实现激光的频率转换输出。
权利要求
1.一种端面泵浦风冷激光器，由谐振腔，激光晶体(5)和泵浦单元构成，其特征是，激光器的谐振腔为V型折叠腔结构，其光路为V形，沿光轴(1)由全反镜(2)，腔镜(6)和输出镜(13)构成；激光晶体(5)位于靠近腔镜(6)的光轴(1)上，采用泵浦光(11)泵浦；泵浦单元由光纤(12)和耦合聚集镜(10)构成，耦合聚集镜(10)由多片透镜组合而成；泵浦光(11)从光纤(12)输出，经泵浦光光纤出光口束腰(14)，通过耦合聚集镜(10)准直和聚集，再从V型折叠腔拐角处的腔镜(6)入射到激光晶体(5)内部形成耦合后泵浦光束腰(15)并产生基频光(4)；在V型折叠腔内光轴(1)上设置调Q器件(3)实现激光的腔冲输出或不设置调Q器件(3)实现激光的连续输出；在基频光(4)传输路径上任一位置设置非线性晶体实现激光输出的频率转换；或不设置非线性晶体不实现频率转换；全反镜(2)到激光晶体(5)的中心，距离为145至155mm，腔镜(6)到晶体(5)的中心距离为18至22mm，输出镜(13)到腔镜(6)的距离为125至135mm，耦合聚焦镜(10)出光端面到晶体(5)的中心距离为28至32mm，V型腔的拐角角度小于20°。
2.根据权利要求1所述端面泵浦风冷激光器，其特征是，所述的泵浦耦合聚焦镜(10)是由3片两组透镜组合而成，第一组镜片由两个透镜(8)和(9)紧贴组成对泵浦光(11)进行准直；第二组镜片仅有一片透镜(7)，作用是将准直后的泵浦光(11)聚焦；两组透镜之间距离可调。
3.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，激光晶体(5)位于等效腔的结构中心。
4.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，激光晶体(5)为掺钕钒酸钇晶体或掺铵钇铝石榴石晶体或掺钕钒酸钆晶体或掺镱钇铝石榴石晶体或掺钕铝酸钇晶体或掺钕钨酸钾钆晶体或掺钕氟化钇锂晶体。
5.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，在V型折叠腔内光轴(1)上设置的调Q器件(3)为声光或电光或染料调Q器件(3)。
6.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，在基频光(4)传输路径上任一位置设置的非线性晶体为KTP或LBO或BBO非线性晶体。
7.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，全反镜(6)到激光晶体(5)的中心距离为150mm。
8.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，腔镜(6)到激光晶体(5)的中心距离为20mm。
9.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，输出镜(13)到腔镜(6)的距离为130mm。
10.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，其特征是，耦合聚焦镜(10)出光端面到激光晶体(5)中心距离为30mm。
11.根据权利要求1或2所述的端面泵浦风冷激光器，V型折叠腔的拐角角度为18°。
全文摘要
本发明涉及一种端面泵浦风冷激光器，属于激光器件。本发明由谐振腔、激光晶体和泵浦单元构成。谐振腔为V型折叠腔、由全反镜、腔镜和输出镜构成；激光晶体设置靠近腔镜的光轴上；泵浦单元由光纤和耦合聚焦镜构成、耦合聚焦镜由三片透镜构成。泵浦光从光纤输出，经出光口束腰，通过聚焦镜准直和聚焦，再从V型腔拐角处的腔镜入射到激光晶体内，产生基频光。激光在光轴上加了调Q器件后实现脉冲输出，否则为连续输出。本发明具有构思新颖、工艺规范、制造方便、价格适宜、易于工业化批量生产；具有输出激光质量好、功率稳定、热透镜效应低、能实现空气冷却、体积小巧、便于携带等优点。本发明可广泛地用于工业加工、科研、医疗、军事等各个领域。
文档编号H01S3/16GK101068061SQ20071005247
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月14日 优先权日2007年6月14日
发明者王 锋, 吕超 申请人:武汉凌云光电科技有限责任公司