一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法

1.本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法。


背景技术：

2.固体激光器是指使用固体材料作为工作物质的激光器，具有发光效率高、结构紧凑、性能稳定、输出激光光谱范围广、无污染等特点。在激光技术领域中，人们通常会使用望远镜系统、光学延迟线、角锥棱镜、复合腔等方法实现长腔。但这些方法通常结构复杂、体积较大，并且现有大部分技术难以获得超长谐振腔。
3.本发明设计了一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法，装置简单，能够在无望远镜系统的情况下实现长腔运行下的稳定输出。并且所用半透半反镜的个数、透过率以及放置位置皆可根据不同腔长的需要进行配置，具有方法灵活，可拓展性强的优点。
4.cn203233045u，一种聚焦种子注入的具有圆环形反射镜的固体激光器，包括：光路上依次排列设置的输出镜(1)，第一圆环形反射镜(2)，第二圆环形反射镜(6)，圆环形固体激光增益介质(3)，全反射端圆环形透镜(4)，全反射镜(5)；在输出镜(1)和全反射镜(5)之间形成谐振腔。
5.1.目标不同，该专利目标为增大激光器的发射功率。
6.本发明目标为增长谐振腔腔长。
7.2.方法不同，该专利增大了增益介质的截面积，将外部圆环形固体激光增益介质的出射光通过多个全反射镜调整光路方向，将其反射至内部圆柱形固体激光增益介质出射光的光路上，以此提高功率。
8.本发明是利用半透半反镜与反射腔镜形成正反馈，半透半反镜与反射腔镜构成的非共振腔使腔内的荧光反复放大，部分放大后的光会透过半透半反镜到达输出镜，使输出镜与反射腔镜构成共振腔，形成稳定的振荡，实现长腔运行下的激光输出。
9.3.效果不同，该专利通过增大增益介质的截面积提高的发射功率是固定的。
10.本发明所用半透半反镜的个数、透过率以及放置位置皆可根据不同腔长的需要进行配置，具有方法灵活，可拓展性强的优点。


技术实现要素：

11.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法。本发明的技术方案如下：
12.一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其包括：反射腔镜(1)、高增益激光放大模块(2)、半透半反镜(3)、输出镜(4)、荧光(5)、激光(6)、短腔(7)及长腔(8)，其中所述反射腔镜(1)用来反射腔内的光束；高增益激光放大模块(2)用于发出荧光；所述的半透半反镜(3)用于分光；所述的输出镜(4)用于使腔内的光束在反射腔镜(1)和输出镜(4)之间建立振荡，达到阈值后产生激光输出；
13.高增益激光放大模块(2)发出的荧光作用在反射腔镜(1)后返回通过高增益激光放大模块(2)形成双程放大；通过双程放大后的光在经过半透半反镜(3)时会有部分返回，半透半反镜(3)与反射腔镜(1)构成非共振腔，此时得到多次放大的荧光(5)；部分多次放大的光透过半透半反镜(3)到达远处的输出镜(4)，输出镜(4)与反射腔镜(1)构成共振腔形成振荡输出激光(6)，从而实现长腔运行下的激光输出，谐振腔从原本的短腔(7)，增长为了现在的长腔(8)。
14.进一步的，所述高增益激光放大模块(2)包括泵浦源和增益介质，泵浦源起到对增益介质进行能量激励的作用；泵浦源为增益介质提供能量，使其发出荧光。
15.进一步的，所述半透半反镜(3)设置在反射腔镜(1)与高增益激光放大模块(2)之间，或/和设置在高增益激光放大模块(2)与输出镜(4)之间。
16.进一步的，光束在反射腔镜(1)和半透半反镜(3)之间形成正反馈，同时光束在反射腔镜(1)和输出镜(4)之间的外腔中形成振荡。
17.进一步的，所述半透半反镜(3)的透射率t与反射率r的比值根据不同情况的需要可以是任何比例；所述的半透半反镜(3)是具有反射透射功能的器件；所述半透半反镜(3)的个数可以是单个也可是多个；所述高增益激光放大模块(2)两侧的半透半反镜(3)个数可以是对称的也可以是非对称的。
18.进一步的，经半透半反镜(3)返回至高增益激光放大模块(2)的光可以是激光也可以是荧光。
19.进一步的，所述高增益激光放大模块(2)中的泵浦方式包括端面泵浦、侧面泵浦、连续泵浦、脉冲泵浦或其他类型的泵浦方式。
20.进一步的，所述增益介质采用nd:yvo4晶体、nd:ylf晶体、nd:yag晶体、nd:kgw晶体在内的各种激光晶体。
21.进一步的，所述反射腔镜(1)和半透半反镜(3)构成的光路，和反射腔镜(1)与输出镜(4)构成的光路为同一条光路。
22.一种基于任一项所述装置的实现方法，其包括以下步骤：
23.s1：在高增益激光放大模块(2)中，泵浦源为增益介质提供能量，使其发出荧光；
24.s2：s1发出的荧光作用在反射腔镜(1)后返回通过高增益激光放大模块(2)形成双程放大；
25.s3：通过双程放大后的光在经过半透半反镜(3)时会有部分返回，半透半反镜(3)与反射腔镜(1)构成非共振腔，此时可以得到多次放大的荧光(5)；
26.s4：部分多次放大的光会透过半透半反镜(3)到达远处的输出镜(4)，输出镜(4)与反射腔镜(1)构成共振腔，等同于在原有谐振腔的基础上提高了腔内的光子寿命，使光子可以到达远距离处的输出镜(4)形成振荡输出激光(6)，从而实现长腔运行下的激光输出，谐振腔从原本的短腔(7)，增长为了现在的长腔(8)。
27.本发明的优点及有益效果如下：
28.本发明为一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法。利用半透半反镜与反射腔镜构成的非共振腔使腔内的荧光反复放大。部分放大后的光会透过半透半反镜到达输出镜，使输出镜与反射腔镜构成共振腔，形成稳定的振荡，实现长腔运行下的激光输出。
29.本发明为一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法。利用半透半反镜与反射
腔镜构成的非共振腔使腔内的荧光反复放大，部分放大后的光会透过半透半反镜到达输出镜，使输出镜与反射腔镜构成共振腔，形成稳定的振荡，实现长腔运行下的激光输出。本发明装置简单，能够在无望远镜系统的情况下实现长腔运行下的稳定输出。并且所用半透半反镜的个数、透过率以及放置位置皆可根据不同腔长的需要进行配置，具有方法灵活，可拓展性强的优点。
附图说明
30.图1是本发明提供优选实施例半导体激光器为增益介质提供能量，使其发出荧光，并作用在反射腔镜后返回形成双程放大。
31.图2是腔内的光在经过半透半反镜时部分返回，与反射腔镜构成非共振腔。
32.图3是部分多次放大的光透过半透半反镜到达输出镜，输出镜与反射腔镜构成共振腔，形成稳定的激光输出。
33.图4是在高增益激光放大模块两侧都加入半透半反镜构成长腔的示意图。
34.图中标记为：1.反射腔镜2.高增益激光放大模块3.半透半反镜4.输出镜
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
36.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
37.一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法，包括：反射腔镜1、高增益激光放大模块2、半透半反镜3、输出镜4，其中高增益激光放大模块2包括泵浦源和增益介质，泵浦源为增益介质提供能量，使其发出荧光。具体实现方法分为以下几个步骤：s1：在高增益激光放大模块2中，泵浦源为增益介质提供能量，使其发出荧光。s2：s1发出的荧光作用在反射腔镜1后返回通过高增益激光放大模块2形成双程放大。s3：通过双程放大后的光在经过半透半反镜3时会有部分返回，此时半透半反镜3与反射腔镜1构成非共振腔，内部的荧光得到多次放大。s4：部分多次放大的光会透过半透半反镜3到达远处的输出镜4，此时输出镜4与反射腔镜1构成共振腔。等同于在原有谐振腔的基础上提高了腔内的光子寿命，使光子可以到达远距离处的输出镜4形成振荡输出激光，从而实现长腔运行下的激光输出。
38.所述的反射腔镜1用来反射腔内的光束；所述的半透半反镜3用于分光；所述的输出镜4用于使腔内的光束在反射腔镜1和输出镜4之间建立振荡，达到阈值后产生激光输出。
39.优选的，所述的半透半反镜3可以在反射腔镜1与高增益激光放大模块2之间，也可以在高增益激光放大模块2与输出镜4之间，或者两者同时存在。
40.优选的，光束在反射腔镜1和半透半反镜3之间形成正反馈，同时光束在反射腔镜1和输出镜4之间的外腔中形成振荡。
41.优选的，所述半透半反镜3的透射率t与反射率r的比值根据不同情况的需要可以是任何比例。所述的半透半反镜3包括其他具有反射透射功能的器件如起偏器等。所述半透半反镜3的个数可以是单个也可是多个。所述的在高增益激光放大模块2两侧的半透半反镜3个数可以是对称的也可以是非对称的。
42.优选的，经半透半反镜3返回至高增益激光放大模块2的光可以是激光也可以是荧
光。
43.优选的，所述的高增益激光放大模块2中的泵浦方式可以是端面泵浦也可以是侧面泵浦，可以是连续泵浦也可以是脉冲泵浦，也可以是其他类型的泵浦方式。
44.优选的，所述的增益介质可以是nd:yvo4晶体、nd:ylf晶体、nd:yag晶体、nd:kgw晶体等各种激光晶体。
45.优选的，反射腔镜1和半透半反镜3构成的光路，和反射腔镜1与输出镜4构成的光路为同一条光路。
46.如下为具体实施例：优选实施例1：作为一种优选的实施例，反射腔镜1的曲率半径为2500mm，表面镀有高反射膜，反射率高于99％。高增益激光放大模块2由增益介质和半导体激光器构成，增益介质采用nd:yag晶体棒，半导体激光器最大输出功率60w，在模块中作为nd:yag晶体的激励源，实现粒子数反转。半透半反镜3为透过率：反射率＝50：50的平面镜。输出镜4为透过率30％的平面镜。
47.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上可分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
48.综上所述，本发明研究了一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法，利用半透半反镜与反射腔镜构成的非共振腔使腔内的荧光反复放大。部分放大后的光会透过半透半反镜到达输出镜，使输出镜与反射腔镜构成共振腔，等同于在原有谐振腔的基础上提高了腔内的光子寿命，使光子可以到达远距离处的输出镜形成振荡输出激光，谐振腔从原本的短腔增长为长腔，实现了长腔运行下的激光输出。
49.上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
50.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

技术特征：
1.一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，包括：反射腔镜(1)、高增益激光放大模块(2)、半透半反镜(3)、输出镜(4)、荧光(5)、激光(6)、短腔(7)及长腔(8)，其中所述反射腔镜(1)用来反射腔内的光束；高增益激光放大模块(2)用于发出荧光；所述的半透半反镜(3)用于分光；所述的输出镜(4)用于使腔内的光束在反射腔镜(1)和输出镜(4)之间建立振荡，达到阈值后产生激光输出。高增益激光放大模块(2)发出的荧光作用在反射腔镜(1)后返回通过高增益激光放大模块(2)形成双程放大；通过双程放大后的光在经过半透半反镜(3)时会有部分返回，半透半反镜(3)与反射腔镜(1)构成非共振腔，此时得到多次放大的荧光(5)；部分多次放大的光透过半透半反镜(3)到达远处的输出镜(4)，输出镜(4)与反射腔镜(1)构成共振腔形成振荡输出激光(6)，从而实现长腔运行下的激光输出，谐振腔从原本的短腔(7)，增长为了现在的长腔(8)。2.根据权利要求1所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，所述高增益激光放大模块(2)包括泵浦源和增益介质，泵浦源起到对增益介质进行能量激励的作用；泵浦源为增益介质提供能量，使其发出荧光。3.根据权利要求1所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，所述半透半反镜(3)设置在反射腔镜(1)与高增益激光放大模块(2)之间，或/和设置在高增益激光放大模块(2)与输出镜(4)之间。4.根据权利要求1所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，光束在反射腔镜(1)和半透半反镜(3)之间形成正反馈，同时光束在反射腔镜(1)和输出镜(4)之间的外腔中形成振荡。5.根据权利要求1所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，所述半透半反镜(3)的透射率t与反射率r的比值根据不同情况的需要可以是任何比例；所述的半透半反镜(3)是具有反射透射功能的器件；所述半透半反镜(3)的个数可以是单个也可是多个；所述高增益激光放大模块(2)两侧的半透半反镜(3)个数可以是对称的也可以是非对称的。6.根据权利要求5所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，经半透半反镜(3)返回至高增益激光放大模块(2)的光可以是激光也可以是荧光。7.根据权利要求1所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，所述高增益激光放大模块(2)中的泵浦方式包括端面泵浦、侧面泵浦、连续泵浦、脉冲泵浦或其他类型的泵浦方式。8.根据权利要求2所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，所述增益介质采用nd:yvo4晶体、nd:ylf晶体、nd:yag晶体、nd:kgw晶体在内的各种激光晶体。9.根据权利要求1所述的一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置，其特征在于，所述反射腔镜(1)和半透半反镜(3)构成的光路，和反射腔镜(1)与输出镜(4)构成的光路为同一条光路。10.一种基于权利要求1-9任一项所述装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在高增益激光放大模块(2)中，泵浦源为增益介质提供能量，使其发出荧光；s2：s1发出的荧光作用在反射腔镜(1)后返回通过高增益激光放大模块(2)形成双程放大；
s3：通过双程放大后的光在经过半透半反镜(3)时会有部分返回，半透半反镜(3)与反射腔镜(1)构成非共振腔，此时可以得到多次放大的荧光(5)；s4：部分多次放大的光会透过半透半反镜(3)到达远处的输出镜(4)，输出镜(4)与反射腔镜(1)构成共振腔，等同于在原有谐振腔的基础上提高了腔内的光子寿命，使光子可以到达远距离处的输出镜(4)形成振荡输出激光(6)，从而实现长腔运行下的激光输出，谐振腔从原本的短腔(7)，增长为了现在的长腔(8)。

技术总结
本发明请求保护一种增长固体激光器谐振腔腔长的装置及方法，属于固体激光技术领域。装置主要由反射腔镜、高增益激光放大模块、半透半反镜、输出镜等元器件构成，所述反射腔镜用来反射腔内的光束；高增益激光放大模块用于发出荧光；所述半透半反镜用于分光；所述输出镜用于使腔内的光束在反射腔镜和输出镜之间建立振荡，达到阈值后产生激光输出；本发明方法与一般复合腔的区别在于光束在半透半反镜与反射腔镜之间只形成正反馈而不形成振荡，通过提高腔内光子寿命延长腔长。本发明装置简单，能够在无望远镜系统的情况下实现长腔运行下的稳定输出。本发明方法灵活，可拓展性强。可拓展性强。可拓展性强。


技术研发人员：王小发 吴玉琢 廖明铭 程子航 闫俪文 张雪峰 陈俊安 刘颖 陈玉婷
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/8/14