[发明专利]基于达曼光栅的点阵输出固体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光器,特别是一种基于达曼光栅的点阵输出固体激光器。 

背景技术

近年来，多地出现的PM2.5超标以及雾霾天气严重影响了城市居民的生活质量和身体健康，而来自以内燃机为动力的各类车辆的尾气排放是城市大气污染物的重要来源。提高燃料利用率，减少有害尾气的排放量，是新一代内燃机急需解决的问题，但这加大了内燃机的点火难度，传统电火花塞已无法满足更高性能内燃机的需求。激光诱导火花点火技术具有众多优点，该技术自从被引入到内燃机点火以来，一直是研究的热点之一。激光诱导火花点火技术几乎可以克服传统火花塞点火的所有缺点：无需电极，不存在电极烧蚀问题，点火位置可离开燃烧室，而且具有多点点火的潜力。多点点火能极大缩短燃料燃烧时间而且能产生更高的燃烧压力，从而获得更高的发动机效率，并且能够在某一点损坏的情况下，仍然继续工作，提高了内燃机的安全性和可靠性。基于激光点火技术、尤其是多点激光点火技术的火花塞，既使传统电火花塞点火系统面临的诸多问题迎刃而解，还能大幅度提高发动机效率。 

当前，有多种方法可以实现激光诱导多点点火。但是采用的方法都是使用多个泵浦源同时对激光晶体进行泵浦来获得多束激光的输出，如2011年日本用三个光纤尾纤输出的半导体激光器同时泵浦激光增益晶体，获得了三束具有高峰值功率的纳秒脉冲（参见Nicolaie Pavel等人发表的Composite,all-ceramics,high-peak power Nd:YAG/Cr⁴⁺:YAG monolithic micro-laser with multiple-beam output for engine ignition,《Optics Express》19(2011)9378-9384），该方法的不足之处在于使用三路独立泵浦系统使激光器结构相对复杂，还增加系统制作的工艺难度和生产成本。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种点阵输出固体激光器，该激光器仅采用一个泵浦源，使用一套准直、聚焦耦合系统将所述的泵浦源输出的泵浦光以点阵形式耦合到激光介质，具有结构简单紧凑和易实现的优点。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种基于达曼光栅的点阵输出固体激光器，包括泵浦源，特点在于其构成是：在输出泵浦光方向依次是同光轴的耦合准直透镜、达曼光栅、耦合聚焦透镜、附有热沉的激光增益介质和输出镜，所述的泵浦源的输出端位于所述的耦合准直透镜物 方焦点，所述的激光增益介质位于所述的耦合聚焦透镜的像方焦点，所述的激光增益介质的前表面镀激光的高反膜和泵浦光的增透膜，该激光增益介质的后表面镀激光的增透膜，所述的输出镜和所述的激光增益介质前表面构成激光谐振腔。 

所述的泵浦源是光纤耦合输出的半导体激光器或其他激光器，工作中心波长与激光增益介质掺杂离子相匹配。 

所述的达曼光栅具有与激光增益介质掺杂离子相匹配的工作波长，其衍射特性根据实际需要选择：采用1×2点阵、2×2点阵、3×3点阵达曼光栅、┄┅、或N×N点阵。 

所述的激光增益介质是稀土掺杂的激光晶体、激光玻璃或激光陶瓷。 

所述的输出镜为平面镜或平凹镜，并镀有信号激光的部分透过膜。 

所述的准直透镜是一短焦距的球面或非球面透镜，所述的聚焦透镜为焦距大于等于准直透镜的球面镜或非球面镜。 

本发明点阵输出的固体激光器以如下方式运转：作为泵浦源的半导体激光器发射出泵浦光，经过准直透镜后近似整形为一束平行光，垂直入射到点阵达曼光栅，经过达曼光栅衍射后的泵浦光分成以不同离轴角度方向传播的多束平行光束，这些平行光束以不同的方向入射到聚焦透镜，在聚焦透镜的焦平面形成尖锐的点阵像点。在聚焦透镜焦平面形成的高能量密度的泵浦光作为点阵输出的固体激光器的泵浦点，用来泵浦激光增益介质，在激光增益介质输入面和激光器输出镜构成的平平腔中同时形成点阵激光振荡，从而产生连续模式点阵激光输出。 

为了完成第二目的的第二发明 

一种点阵输出的被动调Q脉冲固体激光器，包括泵浦源激光器，特点在于其构成是：在输出泵浦光方向依次是同光轴的耦合准直透镜，达曼光栅，耦合聚焦透镜，加有热沉的激光增益介质，可饱和吸收体和输出镜。所述的泵浦源的输出端置于所述的耦合准直透镜物方焦点处，所述的激光增益介质位于耦合聚焦透镜的像方焦点处，所述的激光增益介质的前表面镀激光高反膜和泵浦光增透膜作为前腔镜，该激光的增益介质的后表面镀激光增透膜，所述的可饱和吸收体前后两面都镀有激光的防反膜，所述的输出镜和激光增益介质前表面构成激光谐振腔。