一种用于固体激光器的多边形晶体及全固态激光器制造技术

一种用于固体激光器的多边形晶体，包括激光晶体1和位于激光晶体1两端的键合晶体2；所述激光晶体1和键合晶体2的横截面均为正五边形；所述激光晶体1选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一；所述键合晶体2选用氟化钇锂晶体。本发明专利技术的多边形晶体及全固态激光器，采用氟化钇锂材料制成的正五边形激光晶体和键合晶体，利用侧面泵浦，最大程度的抑制晶体内自激振荡的产生，实现大能量高效率的激光输出。

A Polygonal Crystal and All-solid-state Laser for Solid-state Laser

【技术实现步骤摘要】
一种用于固体激光器的多边形晶体及全固态激光器
本专利技术涉及一种用于固体激光器的多边形晶体及全固态激光器，属于固体激光器

技术介绍
大能量高效率的激光二极管泵浦的全固态激光器，广泛应用于空间激光雷达、空间光电对抗、激光医疗等领域。而全固态激光器的一个研究重点和热点是如何提高激光器输出能量和转化效率。制约大能量高效率全固态激光器发展的重要因素之一就是固体增益晶体的自激振荡效应，导致输出能量达到一定程度，就无法再增加。固体增益介质是指能够产生受激辐射的材料，常见的增益介质包括掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)、掺铥钇铝石榴石晶体(Tm:YAG)、铥钬共掺钇铝石榴石晶体(Tm:Ho:YAG)、掺铥氟化钇锂晶体(Tm:YLF)、铥钬共掺氟化钇锂晶体(Tm:Ho:YLF)等。通过对增益晶体形状、侧面、端面进行特殊设计加工，可以起到限制自激振荡的作用。目前大能量全固态激光器中常见的晶体形状包括圆棒状形和板条形。圆棒状形晶体是指晶体形状为圆柱形的晶体(如图1所示)，激光沿圆柱中心线直线前进，泵浦光从圆柱外均匀入射到晶体上；板条形晶体指晶体横截面为平行四边形(如图2所示)或者梯形的晶体(如图3所示)，激光采用之字形的振荡光路，泵浦光从晶体侧面入射到晶体上。传统棒状晶体由于是中心对称，晶体任意横截面内连心线与圆周的交点处均会形成自激振荡，侧面一般选择打毛或者抛光镀膜，镀膜工艺难度较大；板条形晶体由于对侧面也会产生自激振荡，限制了输出能量的提高，此外板条形晶体泵浦不均匀，一般产生的激光光束质量较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于2μm固体激光器的多边形晶体及全固态激光器，采用氟化钇锂材料制成的正五边形激光晶体和键合晶体，利用侧面泵浦，最大程度的抑制晶体内自激振荡的产生，实现大能量高效率的激光输出。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种用于固体激光器的多边形晶体，包括激光晶体和位于激光晶体两端的键合晶体；所述激光晶体和键合晶体的横截面均为正五边形；所述激光晶体选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一；所述键合晶体选用氟化钇锂晶体。上述用于固体激光器的多边形晶体，所述激光晶体的两个端面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；所述键合晶体的两个端面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜。上述用于固体激光器的多边形晶体，所述激光晶体的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜；所述键合晶体的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜。上述用于固体激光器的多边形晶体，所述激光晶体和键合晶体的侧面均采用打毛处理。一种用于固体激光器的多边形晶体加工方法，包括如下步骤：S1、选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一沿晶体a轴切割制成激光晶体，所述激光晶体的横截面为正五边形；选用氟化钇锂晶体制成键合晶体，所述键合晶体的横截面为正五边形；S2、在激光晶体的两个端面上镀振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；在激光晶体的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜，或在激光晶体的五个侧面采用打毛处理；在键合晶体的两个端面上镀振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；在键合晶体的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜，或在键合晶体的五个侧面采用打毛处理；S3、将键合晶体键合在激光晶体的两端。上述用于固体激光器的多边形晶体加工方法，所述激光晶体和键合晶体的横截面尺寸相同。一种全固态激光器，包括上述用于固体激光器的多边形晶体，全固态激光器的振荡光沿平行于激光晶体侧面的方向从所述多边形晶体的一端入射，全固态激光器的泵浦光沿垂直于激光晶体侧面的方向入射到所述激光晶体内。上述全固态激光器，所述泵浦光经过整形。上述全固态激光器，单级全固态激光器输出的最大单脉冲能量大于等于100mJ。上述全固态激光器，所述全固态激光器的最高光光转换效率大于等于8％。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：(1)通过采用氟化钇锂材料和正五边形的形状设计，泵浦光入射到激光晶体内，相比YAG晶体的折射率1.82，考虑到YLF晶体的折射率为1.47，泵浦光和振荡光不会在激光晶体侧面处发生全反射，避免了激光晶体侧面全反射产生的自激振荡；(2)激光晶体和键合晶体为正五边形，因此其侧面更加容易镀0°高透介质膜，有利于实现大能量、高效率、高光束质量激光输出；(3)激光晶体和键合晶体为正五边形，相比圆棒晶体，泵浦光入射晶体等光程，吸收更加均匀，降低晶体热效应，提高激光光束质量；(4)氟化钇锂材料属于双折射晶体，输出激光为线偏振偏振，采用正五边形设计，在固定晶体时相比圆棒更加容易沿晶轴方向固定，确保输出激光偏振态，更加容易后续进行激光放大。附图说明图1为现有技术中棒状晶体示意图；图2为现有技术中平行四边形板条晶体示意图；图3为现有技术中梯形板条晶体示意图；图4为本专利技术激光晶体的结构示意图；图5为本专利技术激光晶体和键合晶体键合后的结构示意图；图6为本专利技术实施例中泵浦光的光路示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。一种用于固体激光器的多边形晶体，包括激光晶体1和位于激光晶体1两端的键合晶体2；所述激光晶体1和键合晶体2的横截面均为正五边形，如图4和图5所示；所述激光晶体1选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一；所述键合晶体2选用氟化钇锂晶体。所述激光晶体1的两个端面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；所述键合晶体2的两个端面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜。所述激光晶体1的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜，或激光晶体1的五个侧面均采用打毛处理；所述键合晶体2的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜，或键合晶体2的五个侧面均采用打毛处理。一种用于固体激光器的多边形晶体加工方法，包括如下步骤：S1、选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一沿晶体a轴切割制成激光晶体1，所述激光晶体1的横截面为正五边形；选用氟化钇锂晶体制成键合晶体2，所述键合晶体2的横截面为正五边形；所述激光晶体1和键合晶体2的横截面尺寸相同；S2、在激光晶体1的两个端面上镀振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；在激光晶体1的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜，或在激光晶体1的五个侧面采用打毛处理；在键合晶体2的两个端面上镀振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；在键合晶体2的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜，或在键合晶体2的五个侧面采用打毛处理；S3、将键合晶体2键合在激光晶体1的两端。一种全固态激光器，包括上述多边形晶体，全固态激光器的振荡光沿平行于激光晶体1侧面的方向从所述多边形晶体的一端入射，全固态激光器内经过整形的泵浦光沿垂直于激光晶体1侧面的方向入射到所述激光晶体1内。所述全固态激光器输出的最大单脉冲能量大于等于100mJ。所述全固态激光器的最高光光转换效率大于等于8％。实施例：一种多边形晶体，应用于大能量全固态激光器中，所述多边形晶体具体包括以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于固体激光器的多边形晶体，其特征在于：包括激光晶体(1)和位于激光晶体(1)两端的键合晶体(2)；所述激光晶体(1)和键合晶体(2)的横截面均为正五边形；所述激光晶体(1)选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一；所述键合晶体(2)选用氟化钇锂晶体。

【技术特征摘要】
1.一种用于固体激光器的多边形晶体，其特征在于：包括激光晶体(1)和位于激光晶体(1)两端的键合晶体(2)；所述激光晶体(1)和键合晶体(2)的横截面均为正五边形；所述激光晶体(1)选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一；所述键合晶体(2)选用氟化钇锂晶体。2.根据权利要求1所述的一种用于固体激光器的多边形晶体，其特征在于：所述激光晶体(1)的两个端面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜；所述键合晶体(2)的两个端面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高反介质膜。3.根据权利要求1所述的一种用于固体激光器的多边形晶体，其特征在于：所述激光晶体(1)的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜；所述键合晶体(2)的五个侧面均镀有振荡光高透介质膜和泵浦光高透介质膜。4.根据权利要求1所述的一种用于固体激光器的多边形晶体，其特征在于：所述激光晶体(1)和键合晶体(2)的侧面均采用打毛处理。5.一种用于固体激光器的多边形晶体加工方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、选用掺钕氟化钇锂晶体、掺铥氟化钇锂晶体、铥钬共掺氟化钇锂晶体、掺钬氟化钇锂晶体之一沿晶体a轴切割制成激光晶体(1)，所述激光晶体(1)的横截面为正五边形；选用氟化钇锂晶体制成键合晶体(2)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李祚涵，赵一鸣，庞庆生，李之通，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11