侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔制造技术

本发明专利技术公开了一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其特征在于，包括：碱金属蒸气密闭管腔侧壁和位于碱金属蒸气密闭管腔侧壁两端的端窗，碱金属蒸气密闭管腔侧壁的内壁面设置打毛区域，打毛区域做打毛处理，碱金属蒸气密闭管腔侧壁的外壁面镀对应泵浦波长的高反膜，形成高反膜区域，高反膜与打毛区域位置相对应，相邻的高反膜之间的非镀膜区域作为半导体泵浦光束入射用区域。本发明专利技术可以有效抑制蒸气腔内部的寄生振荡，有效减少与之相关的泵浦能量损耗以及相应的热负担，有利于提高DPAL系统的输出功率。

Composite wall closed lumen for side pumped alkali metal vapor laser

The invention discloses a side pumped alkali vapor laser with composite wall closed lumen, which is characterized in that: alkali metal vapor sealed side wall and is located in the lumen of alkali metal vapor sealed end window lumen at both ends of the side wall, the inner wall of alkali metal vapor sealed lumen side wall of the setting up of hair area, dehairing area do the wool processing, high anti membrane outer surface of alkali metal vapor sealed lumen side wall of the corresponding plating pump wavelength, forming a high reflection film area, high reflection film and roughened region corresponding non coated regions between adjacent high reflection film as incident beam diode pumped by region. The invention can effectively suppress the parasitic oscillation in the steam cavity, effectively reduce the related pump energy loss and the corresponding heat burden, and is beneficial to improve the output power of the DPAL system.

【技术实现步骤摘要】
侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔
本专利技术属于碱金属激光器
，涉及一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔。
技术介绍
半导体激光器泵浦碱金属蒸气激光器(DiodePumpedAlkaliVaporLaser,DPAL)具有饱和增益大、理论斯托克斯效率和光-光转换效率高、结构简单紧凑、激光介质无毒、后期处理容易、激光输出线宽窄、输出波长位于常规光电探测器的响应波段内(铯(Cs)：894.95nm；铷(Rb)：794.98nm；钾(K)：770.11nm)等优点。由于可以通过气态介质的流动带走激光器内所产生的大部分热量，因此激光器的热效应可以得到有效的抑制。近年来，半导体激光器泵浦碱金属蒸气激光器越来越受到各国的重视并得到了迅猛的发展，已经逐渐成了进入新世纪以来发展速度最快的新型激光器之一。半导体激光器泵浦碱金属蒸气激光器的碱金属蒸气介质中需要加入烷烃类小分子(如甲烷和乙烷等)作为缓冲气体来加快激光上能级的弛豫速率。另外，还需要加入缓冲气体氦气来展宽对泵浦光的吸收线宽。这些缓冲气体和呈蒸气态的碱金属原子需要密封在一个闭合的玻璃容器中。虽然采用端面泵浦结构可以获得较高的光束耦合效率和吸收效率(>90％)，但是在高功率泵浦时这样的结构存在着入射端窗处汇聚的激光功率密度过大等问题，蒸气管腔的入射端所吸收的泵浦光功率将远大于出射端，这将导致光轴方向上泵浦密度的不平衡，不仅会使激光介质的利用率大幅下降，严重时还将导致入射端窗的直接破坏。与端面泵浦结构不同，侧面泵浦结构中泵浦光与激光互相正交，可在光轴方向上通过加长激光介质来增加泵浦光的吸收总量，这将有利于大幅提升DPAL的输出功率。另外，侧面泵浦方式还可以大幅提高蒸气管腔的温度控制效率，减少泵浦光对透明蒸气管腔的损坏几率。因此，普遍认为侧面泵浦结构是高功率碱金属蒸气激光器未来主要的发展方向。相对于端面泵浦激光器，侧面泵浦激光器具有较短的泵浦距离，这有可能导致碱金属蒸气对半导体激光泵浦能量的不完全吸收，容易造成泵浦能量的浪费。为提高泵浦能量的利用率，可以考虑在蒸气管腔的内侧面镀一层高反膜，使泵浦光在蒸气管腔内多次往返。但是，采用这种结构将会带来其他更加严重的问题。一方面，将会导致经高反膜反射回蒸气管腔内的的泵浦光的一部分返回到泵浦半导体激光器的内部，这将影响半导体激光器的发光特性并减少激光器的发光寿命；另一方面，由于半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器的饱和增益非常大，所镀的高反膜将会在蒸气管腔内部产生严重的寄生振荡，这将大幅损耗半导体激光的转换效率，降低DPAL的输出功率。为解决上述问题，本专利技术提出了一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔的设计方案。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：针对现有技术中的缺陷，提供一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，以提高泵浦源利用率，提高DPAL系统的输出功率。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其包括：碱金属蒸气密闭管腔侧壁7和位于碱金属蒸气密闭管腔侧壁7两端的端窗10，碱金属蒸气密闭管腔侧壁7的内壁面设置打毛区域8，打毛区域8做打毛处理，碱金属蒸气密闭管腔侧壁7的外壁面镀对应泵浦波长的高反膜5，形成高反膜区域9，高反膜5与打毛区域8位置相对应，相邻的高反膜5之间的非镀膜区域6作为半导体泵浦光束入射用区域。其中，所述密闭管腔内部设置工作介质。其中，所述工作介质为碱金属增益介质。其中，所述密闭管腔内充入缓冲气体，缓冲气体为氦气、甲烷、乙烷、丙烷或几种上述气体的混合气体。本专利技术还提供一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器系统，其包括：密闭管腔，套设在密闭管腔外部的圆筒加热-温控环4，圆筒加热-温控环4上开设有半导体泵浦光束射入口，设置在每个半导体泵浦光束射入口外侧的激光光源系统；半导体泵浦光束射入口与密闭管腔上的非镀膜区域6位置相对应。其中，每个所述激光光源系统包括半导体激光泵浦光源1、布拉格体光栅2、光束整形透镜组3。其中，所述激光光源系统的数量以设置的半导体激光侧面泵浦结构的需要为准。其中，所述激光器系统采用三方向泵浦方式，设置三个激光光源系统，三个激光光源系统均匀分布在圆筒式加热-温控环4外部。其中，所述圆筒式加热-温控环4和密闭管腔之间垫入高效传热介质。其中，所述圆筒式加热-温控环4的侧表面设置数个细长形狭缝作为半导体泵浦光束射入口，以透过半导体激光的泵浦能量。(三)有益效果上述技术方案所提供的侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，具有以下有益效果：(1)本专利技术中，蒸气管腔的外侧面镀高反膜，可以将传输至管腔外壁的泵浦光高效折返回管腔内，可以实现泵浦光在腔内多次反射以充分利用泵浦能量。(2)本专利技术中，蒸气管腔的内侧面实施打毛处理，可以确保返回管腔的泵浦光不会直接进入半导体激光器泵浦源，在不影响泵浦源输出稳定性和使用寿命的前提下，得到尽可能高的泵浦源利用率。(3)本专利技术可以有效抑制蒸气腔内部的寄生振荡，有效减少与之相关的泵浦能量损耗以及相应的热负担，有利于提高DPAL系统的输出功率。(4)本专利技术可以提高与光轴正交的横截面内的泵浦均匀性，这有利于构建高功率、高光束质量的碱金属蒸气激光系统。附图说明图1为是碱金属密闭管腔、泵浦系统和加热—温控系统的横截面示意图。图2是碱金属蒸气管腔三维结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。为了提高侧面泵浦碱金属蒸气激光器对泵浦光的利用率，提出了一种半导体激光器侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔的设计方案。图1为与本专利技术实施例相关的碱金属密闭管腔、侧面泵浦系统和加热—温控系统的横截面示意图，图2为与本专利技术实施例相关的核心部件碱金属蒸气管腔的三维结构示意图。本专利技术所涉及的侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔结构如图1所示，其包括：碱金属蒸气密闭管腔侧壁7和位于碱金属蒸气密闭管腔侧壁7两端的端窗10，碱金属蒸气密闭管腔侧壁7的内壁面设置打毛区域8，打毛区域8做打毛处理，碱金属蒸气密闭管腔侧壁7的外壁面镀对应泵浦波长的高反膜5，形成高反膜区域9，高反膜5与打毛区域8位置相对应，相邻的高反膜5之间的非镀膜区域6作为半导体泵浦光束入射用区域。所述密闭管腔内部设置工作介质。所述工作介质为碱金属增益介质。密闭管腔内充入缓冲气体，为氦气、甲烷、乙烷、丙烷或几种上述气体的混合气体。在本实施例中，通过在密闭管腔内壁设打毛区域，在外壁面镀高反膜，可以使被碱金属蒸气吸收后的剩余泵浦光照射到管腔内侧面时使得泵浦光发生漫反射，一部分反射回蒸气管腔内的光能可以再次参与泵浦过程；另一部分透射到管壁内的泵浦光被管腔外侧面以极高的反射率折返回管壁内，然后再次经过蒸气管腔的内侧面，以漫散射的形式折回到管腔内部。用以解决增益介质管腔直径较小，泵浦光单程吸收能力有限，直接反射时泵浦光将会进入半导体激光器内部改变其发光特性，以及侧面容易产生寄生振荡的问题。基于上述密闭管腔，参照图2所示，本实施例还提供一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器系统，包括：密闭管腔，套设在密闭管腔外部的圆筒加热-温控环4，圆筒加热-温控环4上开设有半导体泵浦光束射入口，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其特征在于，包括：碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)和位于碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)两端的端窗(10)，碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)的内壁面设置打毛区域(8)，打毛区域(8)做打毛处理，碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)的外壁面镀对应泵浦波长的高反膜(5)，形成高反膜区域(9)，高反膜(5)与打毛区域(8)位置相对应，相邻的高反膜(5)之间的非镀膜区域(6)作为半导体泵浦光束入射用区域。

【技术特征摘要】
1.一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其特征在于，包括：碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)和位于碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)两端的端窗(10)，碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)的内壁面设置打毛区域(8)，打毛区域(8)做打毛处理，碱金属蒸气密闭管腔侧壁(7)的外壁面镀对应泵浦波长的高反膜(5)，形成高反膜区域(9)，高反膜(5)与打毛区域(8)位置相对应，相邻的高反膜(5)之间的非镀膜区域(6)作为半导体泵浦光束入射用区域。2.如权利要求1所述的侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其特征在于，所述密闭管腔内部设置工作介质。3.如权利要求2所述的侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其特征在于，所述工作介质为碱金属增益介质。4.如权利要求1所述的侧面泵浦碱金属蒸气激光器用复合壁面密闭管腔，其特征在于，所述密闭管腔内充入缓冲气体，缓冲气体为氦气、甲烷、乙烷、丙烷或几种上述气体的混合气体。5.一种侧面泵浦碱金属蒸气激光器系统，其特征在于，包括：密闭管腔，套设在密闭管腔外部的圆筒加热-温控环(...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩聚洪，王浟，王宏元，薛亮平，蔡和，张伟，安国斐，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51