一种复合板条晶体、电光调Q激光输出系统及方法

本发明涉及固体激光，具体涉及一种复合板条晶体、电光调q激光输出系统及方法。

背景技术：

1、影响nd:yag调q激光器输出性能的主要因素有激光晶体对泵浦光的吸收效率以及热效应等。一方面，泵浦吸收效率与泵浦抽运方式有关。侧面泵浦的方式能够通过增大泵浦功率获得大的单脉冲能量，但光-光效率一般很低。端面泵浦拥有比侧面泵浦更高的效率，但在高泵浦功率下增益晶体内的热效应严重。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种复合板条晶体、nd:yag电光调q激光输出系统及无温控实现高效率、高稳定性的nd:yag电光调q激光输出的方法，该复合板条晶体采用zig-zag结构且泵浦方式为角侧泵浦，一方面角侧泵浦结合了侧泵和端泵的优势，另一方面通过zig-zag的方式缓解增益晶体中的热效应，不仅可以解决激光输出的不稳定的问题，同时简化了整体结构，并且适用于大尺寸的增益介质和高功率的泵浦输入，为高稳定性、小型化的板条激光器提供了解决办法。

2、本发明公开了一种复合板条晶体，所述复合板条晶体采用zig-zag结构且泵浦方式为角侧泵浦，通过复合板条晶体内部zig-zag光路传输的对称结构，减小热效应对于晶体的影响，使激光器在长时间工作状态下可以保持热平衡，达到稳定输出效果；输出激光经过角锥棱镜折转光路，减小激光器体积，增加谐振腔稳定性；

3、所述复合板条晶体的芯层为nd:yag晶体，在所述nd:yag晶体的两侧光泵浦方向键合sm:yag晶体，在所述复合板条晶体前端及所述sm:yag晶体外侧键合yag晶体；对所述复合板条晶体前、后端及yag晶体外侧进行切割，实现所述复合板条晶体内部光路zig-zag传输，实现了激光器持续工作下的稳定输出。

4、进一步，nd:yag晶体的掺杂浓度为0.4at.％，sm:yag晶体采用无胶热键合技术键合在nd:yag晶体的两侧，以有效的抑制了ase和寄生振荡对激光晶体的影响。

5、进一步，所述复合板条晶体的两侧对称角侧作为泵浦面，以实现角侧泵浦，用两个半导体堆栈通过角侧泵浦抽运复合板条激光晶体，通过角侧泵浦的方式增加泵浦在激光晶体内的光程，实现双层吸收，从而增加泵浦吸收效率；利用在端头键合无掺杂yag晶体且两端切角的方法实现信号光在nd:yag晶体中以zig-zag形式传输，降低了激光晶体的热效应，提高了输出稳定性，从而可在无预热的前提下，实现即开即用。

6、本发明公开了一种电光调q激光输出系统，包括：复合板条晶体、谐振腔、半导体泵浦源、角锥棱镜和电光调q系统；

7、两个所述半导体泵浦源对称设置在所述复合板条晶体的角侧泵浦面外，且半导体泵浦源与泵浦面之间设有快轴准直镜；所述复合板条晶体的出光面上沿光束传输方向依次设有角锥棱镜、偏振分光棱镜、电光调q晶体、λ/4波片和全反镜，全反镜将光束原路返回，并依次经λ/4波片、电光调q晶体、偏振分光棱镜、角锥棱镜和复合板条晶体后，通过输出镜向外输出；

8、其中，所述全反镜与输出镜构成谐振腔，所述偏振分光棱镜、电光调q晶体、λ/4波片构成电光调q系统。

9、进一步，复合板条晶体输出的振荡光的波长为1064nm，λ/4波片为1064nm的λ/4波片，所述全反镜为镀有1064nmhr膜的平-凹镜，所述输出镜为透过率70％@1064nm的平-凸镜，所述角锥棱镜为折转元件，使激光器内部光路折叠，合理利用了激光器内部空间，折转光路，增加谐振腔稳定性且有效减小了激光器尺寸，实现了激光器小体积要求；所述电光调q系统是常规调q器件组合，可由其他调q系统代替，其目的是为了体现采用zig-zag结构的复合板条晶体在无温控条件下可实现高效率、高稳定性调q输出。

10、进一步，所述半导体泵浦源为半导体堆栈泵浦源，中心波长为808nm，每个堆栈均包含6个巴条，巴条间距为0.73mm，单个堆栈的最大输出能量为340mj@5hz，整体发光面积为3.8mm×10mm；快轴准直镜被固定在巴条上用于对泵浦光快速准直，泵浦光经准直后快轴发散角为7°、慢轴发散角为5°，泵浦光垂直入射至复合板条晶体表面，直接抽运复合板条激光晶体，泵浦光源距离板条晶体表面约0.5mm，晶体表面的泵浦入射光斑尺寸约为3.89mm×10.06mm。

11、进一步，复合板条晶体产生的振荡光自端部的yag晶体射出，先经过角锥棱镜折转光路，而后振荡光经过偏振分光棱镜变为线偏振光，电光调q晶体无外加电源时，折射率主轴不发生偏转，电光调q晶体对线偏振光的偏振态无影响，透过λ/4波片，线偏振光s和p偏振分量产生π/4相位延迟，变为圆偏光；经过全反镜反射回来，振荡光又一次透过λ/4波片，s和p偏振分量再次产生π/4相位延迟；在电光调q晶体外，加λ/4电压时，电光调q晶体的折射率主轴旋转45°，线偏光分别两次透过电光调q晶体和λ/4波片，线偏振光s和p偏振分量共产生π相位延迟，q开关打开，激光起振输出。

12、本发明还公开了一种无温控实现高效率、高稳定性的nd:yag电光调q激光输出的方法，包括：

13、步骤1、采用复合板条晶体结构，通过芯层使用nd:yag晶体以及两侧通过无胶热键合技术键合sm:yag晶体的方式，有效的抑制了ase和寄生振荡对激光晶体的影响；

14、步骤二、采用角泵浦的方式增加泵浦光在激光晶体内的光程来增加芯层的泵浦吸收效率；

15、步骤三、利用在端头键合无掺杂yag晶体且两端切角的方法实现信号光在nd:yag晶体中以zig-zag形式传输，降低了激光晶体的热效应，提高了输出稳定性。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、本发明的角侧复合板条激光晶体采用zig-zag结构，通过晶体内部zig-zag光路传输的对称结构，减小热效应对于晶体的影响，使激光器在长时间工作状态下可以保持热平衡，达到稳定输出且即开即用的效果。

技术特征：

1.一种复合板条晶体，其特征在于，所述复合板条晶体采用zig-zag结构且泵浦方式为角侧泵浦；

2.如权利要求1所述的复合板条晶体，其特征在于，所述复合板条晶体的两侧对称角侧作为泵浦面，以实现角侧泵浦。

3.一种电光调q激光输出系统，其特征在于，包括：如权利要求1或2所述的复合板条晶体、谐振腔、半导体泵浦源、角锥棱镜和电光调q系统；

4.如权利要求3所述的电光调q激光输出系统，其特征在于，复合板条晶体输出的振荡光的波长为1064nm，λ/4波片为1064nm的λ/4波片，所述全反镜为镀有1064nmhr膜的平-凹镜，所述输出镜为透过率70％@1064nm的平-凸镜。

5.如权利要求3所述的电光调q激光输出系统，其特征在于，所述半导体泵浦源为半导体堆栈泵浦源，中心波长为808nm，每个堆栈均包含6个巴条，巴条间距为0.73mm，单个堆栈的最大输出能量为340mj@5hz，整体发光面积为3.8mm×10mm；快轴准直镜被固定在巴条上用于对泵浦光快速准直，泵浦光经准直后快轴发散角为7°、慢轴发散角为5°，泵浦光垂直入射至复合板条晶体表面，直接抽运复合板条激光晶体。

6.如权利要求3所述的电光调q激光输出系统，其特征在于，复合板条晶体产生的振荡光自端部的yag晶体射出，先经过角锥棱镜折转光路，而后振荡光经过偏振分光棱镜变为线偏振光，电光调q晶体无外加电源时，折射率主轴不发生偏转，电光调q晶体对线偏振光的偏振态无影响，透过λ/4波片，线偏振光s和p偏振分量产生π/4相位延迟，变为圆偏光；经过全反镜反射回来，振荡光又一次透过λ/4波片，s和p偏振分量再次产生π/4相位延迟；在电光调q晶体外，加λ/4电压时，电光调q晶体的折射率主轴旋转45°，线偏光分别两次透过电光调q晶体和λ/4波片，线偏振光s和p偏振分量共产生π相位延迟，q开关打开，激光起振输出。

7.一种基于如权利要求3～6中任一项所述的电光调q激光输出系统的电光调q激光输出的方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种复合板条晶体、电光调Q激光输出系统及方法，复合板条晶体采用zig‑zag结构且泵浦方式为角侧泵浦；复合板条晶体的芯层为Nd:YAG晶体，在Nd:YAG晶体的两侧光泵浦方向键合Sm:YAG晶体，在复合板条晶体前端及Sm:YAG晶体外侧键合YAG晶体；对复合板条晶体前、后端及YAG晶体外侧进行切割，实现复合板条晶体内部光路zig‑zag传输。本发明的角侧复合板条激光晶体采用zig‑zag结构，通过晶体内部zig‑zag光路传输的对称结构，减小热效应对于晶体的影响，使激光器在长时间工作状态下可以保持热平衡，达到稳定输出且即开即用的效果。技术研发人员：李强,高翔,雷訇,朱占达受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29