[发明专利]一种基于掺杂浓度渐变晶体的单端泵浦调Q激光器

说明书

本发明公开了一种基于掺杂浓度渐变晶体的端面泵浦调Q激光器，其中，激光工作物质的掺杂浓度沿光传输方向呈指数式增长，且泵浦光入射面即泵浦端面为低浓度端，非泵浦光入射面为高低浓度端；所述激光工作物质为掺Nd³⁺晶体；激光谐振腔为L型折叠腔，折叠角为90°；根据激光工作物质的热透镜效应的热焦距值以及激光谐振腔的结构，设计平凸全反镜的曲率半径和输出腔镜的曲率半径；本发明使得泵浦光和热量在激光工作物质中的分布更加的均匀，减小了热透镜效应，提高了激光输出功率，均匀性稳定性更好，提高了激光转换效率，改善了输出激光的光束质量。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其是一种基于掺杂浓度渐变晶体的单端泵浦调Q激光器。

背景技术

不同于灯泵和半导体侧泵，端面泵浦易于实现泵浦光与激光腔内振荡光间的模式匹配，具有激光阈值低、结构紧凑、斜效率高、光束质量好等优点，端面泵浦为更适合用于产生高重复频率激光的泵浦方式。由于量子亏损、无辐射跃迁等因素存在，吸收的部分泵浦光将转变为热量出现在激光工作物质中，激光工作物质置于热沉中冷却，就会产生较大的热梯度，从而出现热透镜效应，泵浦光在晶体中传播时，激光强度呈现指数式衰减，导致激光工作物质的中后部分吸收很少，因此在轴向即光传输方向上形成了很大的热梯度。端面泵浦中，增益介质产生的巨大热效应，是限制了激光输出功率的提升主要因素，在端面泵浦中，不均匀泵浦导致产生巨大的热梯度分布，引起的严重的热透镜效应使得谐振腔内光束聚焦，有效模体积减小，并且使输出光斑变小，发散角变大。

现有技术中存在一些技术方案能够在一定程度上减小了热效应，但其本身也具有一些不可忽视的缺点，例如，

采用低浓度晶体、双端泵浦的方式有助于平衡热梯度的分布。但是，低浓度晶体对泵浦光吸收效率较低，造成大功率泵浦光源的浪费，光光转换效率低，另外，双端泵浦方式的系统结构复杂，且在非偏振隔离系统中，泵浦光源受到较大且未被吸收的泵浦光照射时可能会导致其损坏。

采用传统均匀掺杂的高浓度晶体，有利于泵浦光的吸收，容易获得较大功率的激光输出和较高的转换效率，但是过高浓度工作物质又会产生严重的热效应甚至出现浓度淬灭的现象，阻碍了激光效率的提升。

采用不同浓度的多块晶体键合到一起作为激光工作物质，可以很有效地减少热量的产生，实现高功率的激光输出。将多块不同浓度的晶体键合用作增益介质时，由于前端的激活离子浓度低，交叉松弛的影响较小，未被前端低浓度晶体吸收的泵浦光可以被其后面的高浓度晶体强烈吸收，浓度不断增大的键合晶体有利于提高泵浦光的利用率。但是，键合的晶体也存在一些缺点，复杂的结构使其加工周期长、价格昂贵，在不同浓度的界面容易产生晶界和浓度阶梯，不同浓度段中的激光吸收率跳跃比较大，各段晶体内的泵浦一致性有着明显的差别，这些都影响其激光振荡特性。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于掺杂浓度渐变晶体的单端泵浦调Q激光器，使得泵浦光和热量在激光工作物质中的分布更加的均匀，减小了热透镜效应带来的影响，提高了激光转换效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

一种基于掺杂浓度渐变晶体的单端泵浦调Q激光器，包括：泵浦光源、聚焦耦合系统、激光工作物质、激光谐振腔；

激光工作物质的掺杂浓度沿泵浦光传输方向呈指数式增长，且泵浦光入射面即泵浦端面为低浓度端，泵浦光出射面即非泵浦光入射面为高低浓度端。

所述激光工作物质的掺杂浓度具体如下所示：

其中，l为激光工作物质中的泵浦光的入射长度；n(l)为激光工作物质中的泵浦光的入射长度为l处的掺Nd³⁺浓度；a、b、c均为系数，0.01≤a≤0.5，10≤b≤25，0.1≤c≤1.0。