[发明专利]近高斯分布半导体侧面泵浦板条激光器

说明书

本发明提出一种近高斯分布半导体侧面泵浦板条激光器。激光器包括谐振腔和一组泵浦方向互相垂直的水平泵浦模块和竖直泵浦模块。泵浦模块包括半导体激光器泵浦源、耦合装置、液冷腔和板条状激光介质。激光介质浸没于液冷腔中。耦合装置使用一组快轴整形透镜将经过微透镜阵列整形后泵浦源发射的泵浦光，整形为纵向分布为近矩形的均匀分布，并使泵浦光纵向分布长度与板条的侧面宽度相匹配。纵向压缩比大于10:7。纵向整形后的泵浦光以近平行光分布耦合进激光介质。使用一组慢轴透镜将泵浦源在竖直方向的光强分布整形为近高斯分布。慢轴透镜的焦点位于激光介质内部。这种泵浦方式将使泵浦分布与谐振腔内的基模相匹配，有助于提高激光器的光束质量。

技术领域

本发明涉及固体激光器技术领域，特别是涉及一种近高斯分布半导体侧面泵浦板条激光器。

背景技术

已知目前现有的各种半导体泵浦固体激光器的泵浦耦合方式，大致可以分为两大类。

第一类方式是半导体激光器纵向泵浦。即由半导体激光器发射的泵浦光，经过耦合系统的光束整形以后，泵浦光前进的主轴方向即泵浦方向与激光介质中振荡激光的方向即激光器光轴方向平行。相比于闪光灯泵浦固体激光器技术，纵向泵浦是半导体泵浦固体激光器的独有技术。由于经过耦合系统光束整形的泵浦光的空间分布，可以与激光介质内的基模体积相匹配，因此，这种纵向泵浦技术不仅可以提高激光器的转换效率，而且可以获得高光束质量的激光输出（W. Koechner. 2006. Solid-state laser engineering, 6th,407-418）。但是，纵向泵浦典型的功率输出为十几瓦，难以定标放大。在高泵浦功率条件下，难以直接获得高光束质量的激光输出。例如，美国利弗莫尔实验室在2000年报道1038瓦的连续激光输出，光束传输比为13.5（R. J. Beach, et al., 2000, Proc. SPIE, 3889,246），加入双声光Q开关后，光束传输比提升到2.3。

第二类方式是半导体激光器横向泵浦，即泵浦方向垂直于激光器光轴方向。这是一种通用泵浦方式。由于大功率半导体的光源结构以平面式的二维阵列为主，因此，大功率半导体泵浦固体激光器的激光介质形状，也从圆棒方式过渡到以板条、薄片形式为主。板条内的泵浦光传播路径以及振荡激光的路径都可以分为全内反射的之字形路径和一字型路径。因此，泵浦光与振荡激光的匹配方式有四种组合形式。多数已知技术的泵浦方式均采用介质内的一字泵浦路径。最典型的是板条侧边泵浦与板条内激光走之字形路径（R. S.Rutherford, et al., 2001. Opt. Lett. 26(13), 986），以及板条端头泵浦与板条内激光走之字形路径（G. D. Goodno, et al., 2001. Opt. Lett. 26(21), 1672）。介质内的泵浦光通过反射，走之字形路径泵浦方式（K. Wang, et al., 2016. Opt. Express, 24(13), 15012），可以提高泵浦效率。

半导体泵浦板条激光器采用不同的泵浦方式，存在的问题也不同。板条端头泵浦方式，其实质属于半导体激光器的纵向泵浦，可以有效地实现泵浦与振荡模式的空间匹配，主要问题是在强泵浦条件下，热效应带来的端头形变。板条侧边泵浦则可以实现高功率放大，但是存在泵浦与激光模体积的不匹配问题。板条大面泵浦则由于泵浦光很难实现全内反射，存在泵浦效率低下问题。之字形泵浦的放大自发辐射和寄生振荡问题，也限制了激光输出功率的提高。

发明内容

本发明提出一种近高斯分布半导体侧面泵浦板条激光器，可以有效地解决板条激光器横向泵浦中泵浦分布与模体积的匹配问题，不仅可以获得高功率的激光输出，同时可以获得较高的光束质量。