单点输出多点端面抽运的双镜非平面环行激光器

摘要

本发明涉及单点输出多点端面抽运的双镜非平面环行激光器，属于激光技术领域，该激光器由一个输出耦合镜及一块激光增益介质构成谐振腔，所述输出耦合镜为一个凹球面镜，所述激光增益介质的内表面为平面，外表面为凸球面；所述平面上镀有增透膜，所述凸球面上镀对腔内所产生激光全反射、同时对LD抽运光高透射的反射膜；在凸球面上有多个反射点，在该每个反射点用一个LD进行端面抽运；所述输出耦合镜的凹球面上镀有两种反射率的反射膜，将该反射膜分成输出区和反射区，该输出区为仅接收一个反射点的光束的对应区域，其它部分均为反射区。本发明不但可提高输出功率，降低热效应，而且简化结构，提高稳定性，实现单光束输出功率，有利于应用。

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别涉及双镜非平面环行激光器结构设计。

背景技术

一般的，全固态激光器从输出耦合镜仅输出一束激光以利于应用。多数情况下，全固态激光器产生的激光束在输出耦合镜上仅有一个反射点，在此反射点输出一束激光，则输出功率全部集中在此光束中，有利于应用。

在半导体激光器(LD)端面抽运的全固态激光器中，LD的辐射光束可与腔内产生的激光束的模式很好的匹配，获得更高的抽运效率及更好的光束质量。但是普通端面抽运的全固态激光器在泵浦光功率大时有严重的热效应，使激光器性能降低，甚至会损坏激光增益介质。当在一个点进行端面抽运LD的功率受到激光增益介质热效应的限制不宜再增加时，通过增加抽运点的个数可以继续提高输出功率，如图1所示两端面抽运激光器，它由三个反射镜12，13，14构成一个“L”型谐振腔，可以分别从两个方向15，16对激光增益介质11用LD同时进行端面抽运，提高了抽运功率，从而提高输出功率。但此激光器端面抽运LD的个数仅为两个，不能进一步增加，限制了输出功率的进一步提高。

为了进一步增加激光器中用于端面抽运的LD个数，本申请发明人已提出了一种多点端面抽运双镜非平面环行激光器(专利申请号：CN03146397.5)，其中公开了一个三点端面抽运双镜非平面环行激光器的结构，如图2所示，该激光器谐振腔由一个输出耦合镜21及一块激光增益介质23构成。所述输出耦合镜有一个凹球面22，所述凹球面22上镀有对所产生激光反射率为98％的均匀分布的反射膜。所述激光增益介质23有一个平面26以及一个凸球面25。所述平面26上镀有对所产生激光具有高透射率(T＞99.5％)的增透膜，所述凸球面25上镀对腔内所产生激光全反射(R＞99.8％)、同时对LD抽运光高透射(T＞95％)的反射膜。所述凹球面22以及所述凸球面25的顶点所确定的直线为腔轴29。两个球面顶点间的距离就是此激光器的腔轴长。激光器所产生的激光束沿非平面环行路线27行进，在激光增益介质23的凸球面25上有三个反射点，所述三个反射点在所述凸球面上构成一个以腔轴为中心的等边三角形。在此三个反射点分别用三个LD28进行端面抽运。该激光器可提高输出功率，降低热效应。这种激光器中所产生的激光束有两个相对的传播方向，因而从输出耦合镜21输出六个输出激光束24。还可通过对谐振腔的参数选择设置4、5、6甚至数十个的多种数目的反射点，进行多点抽运。但产生的激光在输出耦合镜上的每一个反射点都有激光功率输出，这就会分散输出功率，不利于应用。

此外，在超快光学等一些领域中需要用到锁模激光器以产生超短脉冲，其重复频率一般为百兆赫兹，需要使用较长的激光谐振腔。例如重复频率为150MHz的锁模激光器，其谐振腔的长度为1米。由于此类激光器腔长较长，外形尺寸较大，其商业产品一般采用多折叠腔以减小器件尺寸。多折叠腔折叠次数越多，额外增加的反射镜就越多，其结构越复杂，稳定性越差。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种单点输出多点端面抽运的双镜非平面环行激光器，不但可提高输出功率，降低热效应，而且简化结构，提高稳定性，实现单光束输出功率，有利于应用。

本发明提出的一种单点输出多点端面抽运的双镜非平面环行激光器，由一个输出耦合镜及一块激光增益介质构成谐振腔，所述输出耦合镜为一个凹球面镜，所述激光增益介质的内表面为平面，外表面为凸球面；所述激光增益介质的平面上镀有对所产生激光具有高透射率的增透膜，所述激光增益介质的凸球面上镀对腔内所产生激光全反射、同时对LD抽运光高透射的反射膜；在激光增益介质的凸球面上有多个反射点，在该每个反射点用一个LD进行端面抽运；其特征在于，所述输出耦合镜的凹球面上镀有两种反射率的反射膜，将该反射膜分成输出区和反射区，该输出区为仅接收一个反射点的光束的对应区域，其它部分均为反射区。上述结构为单点双光束输出。

在上述结构的基础上，在所述的谐振腔内的任意一光路中加入一个光单向器，则激光器只在其中一个传播方向产生振荡激光，输出耦合镜只输出一个输出光束。

本发明的特点及效果：

本发明对已有多点端面抽运双镜非平面环行激光器的结构进行改进，将输出耦合镜的凹球面上镀有两种反射率的反射膜，实现了单点双光束输出，并进一步在谐振腔内加入一个光单向器，实现了单点单光束输出。

本发明的单点输出多点端面抽运双镜非平面环行激光器在保证高抽运效率的同时，提高了激光器输出功率，降低激光工作介质热效应的影响，并实现了能量的集中输出。

本发明的结构还适应于在超快光学等一些领域中需要用到锁模激光器以产生超短脉冲的场合，使其几何尺寸显著减小，且结构简单，稳定性高。

附图说明

图1是已有的一个两端面抽运激光器结构示意图。

图2是已有的三点端面抽运双镜非平面环行激光器的结构侧视图，图中非平面环行闭合光路在输出耦合镜上的反射点个数为三个。

图3a是本发明单点双光束输出多点端面抽运激光器结构示意图。

图3b是本发明单点双光束输出多点端面抽运激光器的输出耦合镜一种具体镀膜方式示意图。

图4a是本发明单点单光束输出多点端面抽运激光器结构示意图。

图4b是本发明单点单光束输出多点端面抽运激光器的输出耦合镜一种具体镀膜方式示意图。

具体实施方式

本发明提出的单点输出多点端面抽运双镜非平面环行激光器结合实施例及附图详细说明如下：

本发明的实施例1是一个单点双光束输出三点端面抽运双镜非平面环行激光器，其结构如图3a所示，该激光器谐振腔的基本结构与已有的六光束输出三点端面抽运双镜非平面环行激光器相同，由直径均为25毫米的一个输出耦合镜31及一块激光增益介质33构成。所述输出耦合镜有一个曲率半径为50毫米的凹球面32，所述激光增益介质33中心厚度3毫米，有一个平面36以及一个曲率半径为50毫米的凸球面35。所述平面36上镀有对所产生激光具有高透射率(T＞99.5％)的增透膜，所述凸球面35上镀对腔内所产生激光全反射(R＞99.8％)、同时对LD抽运光高透射(T＞95％)的反射膜。所述凹球面32以及所述凸球面35的顶点所确定的直线为腔轴39。所述凹球面32以及所述凸球面35的顶点连线的长度就是此激光器的腔轴长，为18.4毫米。激光器所产生的激光束37沿非平面环行路线37行进，在激光增益介质33的凸球面35上有三个反射点，所述三个反射点与腔轴39的距离为6毫米，在镜凸球面35面上构成一个以腔轴为中心的等边三角形。在此三个反射点分别用三个LD28进行端面抽运，可提高输出功率，降低热效应。为解决已有多点输出不利于应用的问题，本实施例改变已有激光器中输出耦合镜凹球面反射膜反射率的均匀分布，设计出一种反射膜具有两种反射率分布的输出耦合镜，如图3b所示。输出耦合镜31的凹球面32根据反射膜的反射率不同分成两个区域：区域321为圆心角345°的扇形，其上膜层对腔内产生的激光为高反射(R＞99.8％)，区域322为圆心角15°的扇形，其上膜层对腔内产生的激光为部分透射(T＝5％)。所述激光器产生的激光束37在所述输出耦合镜31上有三个反射点，其中有并且仅有一个反射点处于区域322，此反射点即为激光功率输出点；其余反射点都处于高反射膜上，在这些点处将不会有激光输出。由于此时所述环行激光器中所产生的激光束有两个相对的传播方向，从输出耦合镜31输出两个输出激光束34。

本发明的实施例2是一个单点单光束输出三点端面抽运双镜非平面环行激光器，其结构如图4a所示，与实施例1的主要不同之处是在实施例1的激光器谐振腔内任意一光路中加入一个光单向器40，并保证只使有一束激光通过所述光单向器(可通过对光单向器横截面尺寸设计及位置的调节来实现)，所述光单向器40包含一个半波片401及一个由放置在磁场中的TGG晶体组成的法拉第旋转器402。所述法拉第旋转器402使所通过激光的偏振方向旋转7°。实施例2中输出耦合镜41的凹球面42根据反射膜的反射率不同分成两个区域，如图4b所示：区域422是一个直径5毫米的圆形区域，其上膜层对腔内产生的激光为部分透射(T＝5％)，区域422还可为其它任意形状，区域421是凹球面42上除区域422外的剩余部分，其上膜层对腔内产生的激光为高反射(R＞99.8％)。激光器产生的激光束47在所述输出耦合镜41上有三个反射点，其中有并且仅有一个反射点处于区域422(区域422还可为其它任意形状，如三角形、方形、矩形、椭圆形等，只要保证有并且仅有一个反射点处于该区域即可)，此反射点即为唯一的激光功率输出点；其余反射点都处于高反射膜上，在这些点处将不会有激光输出。由于腔内已加入了一个光单向器40，激光器只在其中一个传播方向产生振荡激光，输出耦合镜41只输出一个输出光束44，

本发明的单点单光束输出多点端面抽运双镜非平面环行激光器在保证高抽运效率的同时，提高了激光器输出功率，降低激光工作介质热效应的影响，并实现了能量的集中输出。