[发明专利]径向偏振薄片激光器

说明书

一种径向偏振薄片激光器(100)，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源(10)、准直透镜(20)、聚焦透镜(30)、激光增益介质(50)、布鲁斯特轴锥体(60)及输出透镜(70)，其中，所述布鲁斯特轴锥体(60)的锥面与底面的夹角为布鲁斯特角，所述激光增益介质(50)与所述底面相键合，所述激光增益介质(50)与所述输出透镜(70)形成激光谐振子腔(80)，所述泵浦源(10)发出的泵浦激光经过所述准直透镜(20)和聚焦透镜(30)后，聚焦于所述激光增益介质(50)，产生的光子在所述激光谐振子腔(80)内振荡，并最终从所述输出透镜(70)输出径向偏振激光束(90)。

技术领域

本发明涉及激光器，特别是涉及一种带有增益介质的能够产生径向偏振激光的薄片激光器。

背景技术

薄片激光器是全固态激光器中的一种，自Adolf.Giesen等人1994年首次实现薄片激光器以来，其得到了迅速发展。薄片激光器采用厚度很小而横向尺寸较大的薄片状材料作为激光器的增益介质，即薄片增益介质。薄片激光器工作时需要对薄片增益介质进行散热。传统的薄片增益介质的冷却装置包括附着于薄片增益介质上的高热导率的紫铜热沉。紫铜热沉上设置有冷却介质微通道。由于薄片增益介质的面积很大、厚度很小，因此增益介质上的热量可以快速、有效的通过紫铜热沉传递给冷却介质微通道，再由冷却介质带走。薄片激光器具有可以高效导出增益介质内的热沉积、减弱增益介质的热透镜效应等优点，因此可以实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。由于薄片激光器具有上述优点，因此已广泛应用于国防军事、科学研究、工业生产等各个方面。

但是薄片激光器工作时，加载到薄片增益介质上的热量使得薄片增益介质的温度成高斯分布，即薄片增益介质中间部分的能量密度较高，从中间部分向四周扩散的部分的能量密度逐渐降低。从而导致薄片增益介质中间部分向外膨胀较大，形成类似倒扣的“碗状”变形，此即薄片激光器的热透镜效应。当薄片激光器高功率运行时，薄片增益介质的热透镜效应会影响激光器的输出功率、输出激光的稳定性及激光光束质量。当薄片增益介质膨胀变形超过材料的承受能力，甚至会导致薄片增益介质炸裂。

发明内容

基于此，有必要提供一种改善热透镜效应、提高输出稳定性的径向偏振薄片激光器。

一种径向偏振薄片激光器，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源、准直透镜、聚焦透镜、激光增益介质、布鲁斯特轴锥体及输出透镜，其中，所述布鲁斯特轴锥体的锥面与底面形成的夹角为布鲁斯特角，所述激光增益介质与所述底面相键合，所述激光增益介质与所述输出透镜之间形成激光谐振子腔，所述泵浦源发出的泵浦激光经过所述准直透镜和聚焦透镜后，聚焦于所述激光增益介质，产生的光子在所述激光谐振子腔内振荡，并最终从所述输出透镜输出径向偏振激光束。

在其中一个实施例中，所述激光增益介质为掺杂浓度为5.0at％～15at％的Yb:YAG圆片，所述Yb:YAG圆片的厚度为0.2～0.5mm。

在其中一个实施例中，所述布鲁斯特轴锥体包括底座和与所述底座相连的锥体，所述激光增益介质与所述底座相键合，所述底座的厚度为所述Yb:YAG圆片的厚度的两倍。

在其中一个实施例中，所述布鲁斯特轴锥体的材料为YAG晶体，所述布鲁斯特角为61.2134°±2’。

在其中一个实施例中，所述布鲁斯特轴锥体的材料为石英，所述布鲁斯特角为55.4°±2’。

在其中一个实施例中，所示径向偏振薄片激光器还包括凹面反射镜组，所述凹面反射镜组设置在所述激光增益介质远离所述布鲁斯特轴锥体的一侧，未被所述激光增益介质吸收的泵浦激光经所述凹面反射镜组反射后，重新进入所述激光增益介质。

在其中一个实施例中，所述凹面反射镜组包括七片内反射镜和八片外反射镜，所述七片内反射镜与所述聚焦透镜排列成以所述布鲁斯特轴锥体的轴线为对称轴的内圆环，所述八片外反射镜排列成一个环绕所述内圆环的外圆环。