徑向偏振薄片激光器制造技術

一種徑向偏振薄片激光器(100)，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源(10)、準直透鏡(20)、聚焦透鏡(30)、激光增益介質(50)、布魯斯特軸錐體(60)及輸出透鏡(70)，其中，所述布魯斯特軸錐體(60)的錐面與底面的夾角為布魯斯特角，所述激光增益介質(50)與所述底面相鍵合，所述激光增益介質(50)與所述輸出透鏡(70)形成激光諧振子腔(80)，所述泵浦源(10)發出的泵浦激光經過所述準直透鏡(20)和聚焦透鏡(30)后，聚焦于所述激光增益介質(50)，產生的光子在所述激光諧振子腔(80)內振蕩，并最終從所述輸出透鏡(70)輸出徑向偏振激光束(90)。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】徑向偏振薄片激光器
本專利技術涉及激光器，特別是涉及一種帶有增益介質的能夠產生徑向偏振激光的薄片激光器。
技術介紹
薄片激光器是全固態激光器中的一種，自Adolf.Giesen等人1994年首次實現薄片激光器以來，其得到了迅速發展。薄片激光器采用厚度很小而橫向尺寸較大的薄片狀材料作為激光器的增益介質，即薄片增益介質。薄片激光器工作時需要對薄片增益介質進行散熱。傳統的薄片增益介質的冷卻裝置包括附著于薄片增益介質上的高熱導率的紫銅熱沉。紫銅熱沉上設置有冷卻介質微通道。由于薄片增益介質的面積很大、厚度很小，因此增益介質上的熱量可以快速、有效的通過紫銅熱沉傳遞給冷卻介質微通道，再由冷卻介質帶走。薄片激光器具有可以高效導出增益介質內的熱沉積、減弱增益介質的熱透鏡效應等優點，因此可以實現高功率、高效率、高光束質量的激光輸出。由于薄片激光器具有上述優點，因此已廣泛應用于國防軍事、科學研究、工業生產等各個方面。但是薄片激光器工作時，加載到薄片增益介質上的熱量使得薄片增益介質的溫度成高斯分布，即薄片增益介質中間部分的能量密度較高，從中間部分向四周擴散的部分的能量密度逐漸降低。從而導致薄片增益介質中間部分向外膨脹較大，形成類似倒扣的“碗狀”變形，此即薄片激光器的熱透鏡效應。當薄片激光器高功率運行時，薄片增益介質的熱透鏡效應會影響激光器的輸出功率、輸出激光的穩定性及激光光束質量。當薄片增益介質膨脹變形超過材料的承受能力，甚至會導致薄片增益介質炸裂。
技術實現思路
基于此，有必要提供一種改善熱透鏡效應、提高輸出穩定性的徑向偏振薄片激光器。一種徑向偏振薄片激光器，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源、準直透鏡、聚焦透鏡、激光增益介質、布魯斯特軸錐體及輸出透鏡，其中，所述布魯斯特軸錐體的錐面與底面形成的夾角為布魯斯特角，所述激光增益介質與所述底面相鍵合，所述激光增益介質與所述輸出透鏡之間形成激光諧振子腔，所述泵浦源發出的泵浦激光經過所述準直透鏡和聚焦透鏡后，聚焦于所述激光增益介質，產生的光子在所述激光諧振子腔內振蕩，并最終從所述輸出透鏡輸出徑向偏振激光束。在其中一個實施例中，所述激光增益介質為摻雜濃度為5.0at％～15at％的Yb:YAG圓片，所述Yb:YAG圓片的厚度為0.2～0.5mm。在其中一個實施例中，所述布魯斯特軸錐體包括底座和與所述底座相連的錐體，所述激光增益介質與所述底座相鍵合，所述底座的厚度為所述Yb:YAG圓片的厚度的兩倍。在其中一個實施例中，所述布魯斯特軸錐體的材料為YAG晶體，所述布魯斯特角為61.2134°±2’。在其中一個實施例中，所述布魯斯特軸錐體的材料為石英，所述布魯斯特角為55.4°±2’。在其中一個實施例中，所示徑向偏振薄片激光器還包括凹面反射鏡組，所述凹面反射鏡組設置在所述激光增益介質遠離所述布魯斯特軸錐體的一側，未被所述激光增益介質吸收的泵浦激光經所述凹面反射鏡組反射后，重新進入所述激光增益介質。在其中一個實施例中，所述凹面反射鏡組包括七片內反射鏡和八片外反射鏡，所述七片內反射鏡與所述聚焦透鏡排列成以所述布魯斯特軸錐體的軸線為對稱軸的內圓環，所述八片外反射鏡排列成一個環繞所述內圓環的外圓環。在其中一個實施例中，所述激光增益介質遠離所述布魯斯特軸錐體的一面設有對入射光高透、對出射光高反的第一雙色光學膜，所述激光增益介質靠近所述布魯斯特軸錐體的一面設有對出射光高透、對入射光高反的第二雙色光學膜。在其中一個實施例中，所述布魯斯特軸錐體的底面和錐面分別設有出射光高透膜。在其中一個實施例中，所示徑向偏振薄片激光器還包括透鏡座、泵浦頭及第一密封蓋，所述第一密封蓋和所述泵浦頭配合形成一個收容所述透鏡座的泵浦腔，所述凹面反射鏡組固定在所述透鏡座上，所述第一密封蓋內設有冷卻液循環系統。在其中一個實施例中，所示徑向偏振薄片激光器還包括散熱裝置、第二密封蓋及輸出鏡筒，所述第二密封蓋和所述輸出鏡筒配合形成一個收容所述激光增益介質和所述布魯斯特軸錐體的輸出鏡腔，所述散熱裝置設置于所述第二密封蓋的一側，所述輸出透鏡設置在所述輸出鏡筒的一端，所述輸出鏡筒上設有冷卻液循環系統。在其中一個實施例中，所述散熱裝置和所述第二密封蓋上共同開設有指向所述激光增益介質的錐形孔。在其中一個實施例中，所述泵浦源發出的泵浦激光的波長為940nm。在其中一個實施例中，所述徑向偏振激光束的波長為1030nm。上述實施例的激光增益介質與布魯斯特軸錐體的相互鍵合，能夠改善薄片的熱透鏡效應，并能穩定地輸出徑向偏振的激光。附圖說明通過附圖中所示的本專利技術的優選實施例的更具體說明，本專利技術的上述及其它目的、特征和優勢將變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分，且并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本專利技術的主旨。圖1為一實施例的徑向偏振薄片激光器的原理示意圖；圖2為一實施例的徑向偏振薄片激光器的剖視圖。圖3為圖2所示徑向偏振薄片激光器的立體分解示意圖。圖4為圖3所示激光增益介質和布魯斯特軸錐體的立體分解示意圖。圖5為光子在布魯斯特軸錐體與激光增益介質內外的傳播路徑示意圖。圖6為940nm泵浦光光子能量高斯模式分布圖。圖7為940nm泵浦光單次端泵長度為10mmYb:YAG晶體棒泵浦光子能量分布圖。圖8為長度為10mm的Yb:YAG棒狀晶體對940nm泵浦光的吸收函數圖。圖9為940nm泵浦光單次端泵0.5mm厚的Yb:YAG薄片時泵浦光子能量分布圖。圖10為Yb:YAG薄片晶體對940nm泵浦光的吸收函數圖。圖11為凹面反射鏡組和泵浦頭的局部立體剖視圖。圖12為凹面反射鏡組和泵浦頭的剖視圖。圖13為凹面反射鏡組和泵浦頭的立體分解示意圖。圖14為平面波入射空氣與YAG介質的折射與反射示意圖。圖15顯示了光從空氣進入YAG時的反射率隨入射角θi的變化曲線。圖16顯示了光從空氣進入YAG時的透射率隨入射角θi的變化曲線。圖17為徑向偏振薄片激光器的光學諧振腔示意圖。圖18為激光增益介質的冷卻裝置的剖視圖。圖19為激光增益介質的冷卻裝置的立體分解示意圖。具體實施方式為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本專利技術。但是本專利技術能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本專利技術內涵的情況下做類似改進，因此本專利技術不受下面公開的具體實施的限制。需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本專利技術的
的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本專利技術的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本專利技術。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。偏振是光的最基本的特征之一，常見的有線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光以及徑向偏振光。由于徑向偏振光的偏振方向具有完美的軸對稱分布幾何特性，使得它與線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光相比有著很多顯著不同的特性。如徑向偏振光具有沿光軸對稱的電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
PCT國內申請，權利要求書已公開。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種徑向偏振薄片激光器，其特征在于，包括沿激光光路方向上依次排列的泵浦源、準直透鏡、聚焦透鏡、激光增益介質、布魯斯特軸錐體及輸出透鏡，其中，所述布魯斯特軸錐體的錐面與底面形成的夾角為布魯斯特角，所述激光增益介質與所述底面相鍵合，所述激光增益介質與所述輸出透鏡之間形成激光諧振子腔，所述泵浦源發出的泵浦激光經過所述準直透鏡和聚焦透鏡后，聚焦于所述激光增益介質，產生的光子在所述激光諧振子腔內振蕩，并最終從所述輸出透鏡輸出徑向偏振激光束；所述徑向偏振薄片激光器還包括凹面反射鏡組，所述凹面反射鏡組設置在所述激光增益介質遠離所述布魯斯特軸錐體的一側，未被所述激光增益介質吸收的泵浦激光經所述凹面反射鏡組反射后，重新進入所述激光增益介質。2.如權利要求1所述的徑向偏振薄片激光器，其特征在于，所述激光增益介質為摻雜濃度為5.0at％～15at％的Yb:YAG圓片，所述Yb:YAG圓片的厚度為0.2～0.5mm。3.如權利要求2所述的徑向偏振薄片激光器，其特征在于，所述布魯斯特軸錐體包括底座和與所述底座相連的錐體，所述激光增益介質與所述底座相鍵合，所述底座的厚度為所述Yb:YAG圓片的厚度的兩倍。4.如權利要求3所述的徑向偏振薄片激光器，其特征在于，所述布魯斯特軸錐體的材料為YAG晶體，所述布魯斯特角為61.2134°±2’。5.如權利要求3所述的徑向偏振薄片激光器，其特征在于，所述布魯斯特軸錐體的材料為石英，所述布魯斯特角為55.4°±2’。6.如權利要求1所述的徑向偏振薄片激光器，其特征在于，所述凹面反射鏡組包括七片內反射鏡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖磊，龔成萬，趙建濤，楊錦彬，寧艷華，高云峰，
申請(專利權)人：大族激光科技產業集團股份有限公司，深圳市大族數控科技有公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44