[实用新型]高光效微片激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及固体激光器，特别是一种高光效微片激光器，尤其适合短腔单纵模的微片激光器。

技术背景

微片激光器具有全固化、体积小、结构简单紧凑等优点。由于微片激光器容易获取高重复频率的亚纳秒级、峰值功率达数千瓦、单脉冲能量微焦耳量级的调Q脉冲。因此，在远程测量、三维成像、环境监测、微机械、微型手术等方面将有十分广泛地应用前景。但由于微片激光器腔长一般都较短，特别为产生单纵模输出的短腔微片激光器，腔长一般都在1mm以下，因此腔模模体积都非常小，激光介质也非常薄，相应的腔内所能存储的能量非常有限，大量的泵浦光无法被充分吸收，结果导致采用常规掺杂浓度的短腔微片激光器存在输出功率和整体光效偏低的缺点。

例如，1994年，J.J.Zayhowski等人采用0.5mm,1.8%掺杂浓度的Nd³⁺：YAG晶体和0.25mmCr⁴⁺：YAG调Q晶体组成的激光微片，在1.2W泵浦下，激光输出功率仅为66mw，整体光效6%[参见文献1- September  15, 1994 / Vol. 19, No. 18 / OPTICS LETTERS。 2006年]，M．GONG等人采用0.6mm,1.8%掺杂浓度的Nd³⁺：YAG和0.25mm Cr⁴⁺：YAG调Q晶体构成的激光微片，在1W泵浦下，实现了100KHZ，100mw脉冲输出，整体光效仅为10%[参见文献2- ELECTRONICS LETTERS 22nd June 2006 Vol. 42 No. 13]。

由上述例子，二者所采用的微片激光器结构中激光介质对于泵浦光的吸收效率都在50%左右，直接导致了整体光效和输出功率都较低，进而大大限制其直接应用。

为提高泵浦光吸收效率，人们研发出各种高掺杂浓度的激光晶体，但高掺杂激光介质都普遍存在热效应严重，激光猝灭等问题，无法用于大功率泵浦应用。因此如何将没有完全吸收的泵浦光束进行有效的利用是提高短腔微片激光器整体光效的关键所在。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高光效微片激光器，该高光效微片激光器具有结构简单，泵浦效率高的特点。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种高光效微片激光器，包括泵浦光源和耦合透镜，其特点是沿泵浦光源的激光输出方向自左至右依次是所述的耦合透镜、全反射腔膜、激光介质、部分反射腔膜、第一曲面、放大介质和第二曲面，在热沉内依次设置所述的激光介质和放大介质，所述的第一曲面和第二曲面是所述的放大介质的两个端面。

在所述的激光介质和所述的放大介质的第一曲面之间还有被动调Q介质。

所述的全反射腔膜是对泵浦光全透而对激光介质产生的信号光全反射的膜层，镀在所述的激光介质的左端面，所述的部分反射腔膜是对信号光部分反射和对泵浦光透射的膜层，该部分反射腔膜镀在所述的激光介质的右端面、被动调Q介质的右端面或放大介质的左端面，所述的全反射腔膜、激光介质和部分反射腔膜构成激光谐振腔。

所述的第一曲面和第二曲面为平面、球面或非球面。

所述的激光介质和放大介质是掺Nd3+、掺Yb3+、掺Er3+或掺Tm3+的激光晶体，或掺Nd3+、掺Yb3+、掺Er3⁺或掺Tm³⁺的激光陶瓷，或掺Nd³⁺、掺Yb³⁺、掺Er³⁺或掺Tm³⁺的激光玻璃。

所述的热沉可以是Al₂O₃，AlN等陶瓷材料，也可以是铝、铜等金属材料制成，通过导热胶粘接或者金属焊料焊接(AuSn，PbSn等焊料，此时激光介质或放大介质侧面和相应热沉接触面需要镀金焊盘)将所述激光介质或放大介质直接固定在其上。热沉总长度略大于激光介质左端面顶点到放大介质右端面顶点间的长度，起到保护端面作用。

本实用新型的工作原理如下：

全反射腔面膜和部分反射腔面膜构成光学谐振腔，激光介质吸收泵浦光后，形成激光振荡，如光学谐振腔内部包含被动调Q介质，则可输出脉冲激光。

放大介质的第一曲面对残余泵浦光和信号光进行整形，实现泵浦光和信号光的良好重叠，当泵浦光通过放大介质被完全吸收后，实现信号光放大，提高系统光效。放大介质的第二曲面对信号光再次整形，实现信号光聚焦或准直输出。所述的热沉对激光介质，被动被动调Q介质和放大介质起到散热和固定作用。

本实用新型的技术效果如下：