一种LD端泵脉冲固体激光器的制作方法

一种ld端泵脉冲固体激光器
技术领域
1.本发明申请属于ld泵浦全固态激光技术领域，特别涉及一种应用于地面激光测照器的高光束质量免温控ld端泵脉冲激光器。


背景技术：

2.在激光半主动寻的制导领域，激光测照器是导弹实施对目标精确打击作战过程中重要的光电载荷，导引头中的激光光斑跟踪系统探测和接收激光测照器发射输出的经过特定编码的激光，从而实现对目标的实时跟踪和精确制导。
3.激光测照器中的核心器件是激光器，该类激光器属于半导体泵浦全固态激光器，通常是采用ld（激光二极管）泵浦nd:yag晶体，结合电光调q技术实现1064nm脉冲激光。根据激光能量和使用环境的不同，部分激光器还需要设计散热系统对出光过程中产生的废热进行散热处理，以维持激光器稳定工作。
4.而为了提高激光照射器的测距能力和照射能力，通常是通过增大激光能量、压缩激光束散角或扩大接收口径的方法。上述方法从原理上是合理且可行的，但这对于某些陆地作战场景是不适用的。比如地面照射器，通常是单兵手持式设备，要求设备轻量化、小型化且低功耗设计，此时如果采用增大泵浦功率提高激光能量，意味着将产生更多的热，可能需要增加散热器对激光器进行温控，这将增加激光器的整机体积和功耗；如果增加发射光学系统压缩激光束散角，甚至扩大接收光学系统口径，也会使得整机尺寸变大。


技术实现要素：

5.为了解决激光照射器的照射能力强和整机小型化无法兼顾的问题，本技术提供了一种结构紧凑的ld端泵脉冲固体激光器，该激光器功耗低，能够在不采用散热器的条件下通过折叠光路减小激光器体积，同时还能提高激光光束质量。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：一种ld端泵脉冲固体激光器，包括第一光路、第二光路和第三光路，所述第一光路和第二光路折叠形成位于同一平面的u型上层光路，所述第三光路形成位于上层光路所在平面一侧的下层光路；所述第一光路包括从首端依次共轴放置的ld泵浦模块、柱透镜耦合镜组、全反镜和nd:yag晶体棒，所述第一光路末端和第二光路首端设有将第一光路的激光反射到第二光路的直角棱镜；所述第二光路包括依次共轴放置的λ/4波片、调q晶体和光楔镜组，所述第二光路末端和第三光路首端设有将第二光路的激光折叠到第三光路的角锥棱镜；所述第三光路包括依次共轴放置的偏振片和输出镜；全反镜与输出镜之间构成激光器的内部谐振腔。
7.根据本技术的实施例，所述ld泵浦模块采用ld阵列模块，其由与nd:yag晶体的吸收谱对应的796nm、808nm和814nm三种波长混合组成。
8.根据本技术的实施例，所述nd:yag晶体棒的增益长度为60mm。
9.根据本技术的实施例，所述柱透镜耦合镜组由三片柱透镜组成，分别对ld泵浦模块的快慢轴光斑进行整形聚焦至nd:yag晶体棒前端。
10.根据本技术的实施例，所述柱透镜耦合镜组的曲率半径参数和谐振腔腔镜参数能够满足ld泵浦模块的快慢轴聚焦光斑与内部谐振腔内激光光斑大小相当。
11.根据本技术的实施例，所述nd:yag晶体棒前端键合有一段无掺杂的yag晶体。
12.根据本技术的实施例，所述全反镜采用平凹反射镜，凹面镀1064nm高反膜，输出镜采用凹凸镜，凹面镀1064nm减反膜，凸面镀1064nm高斯分布的膜层。
13.根据本技术的实施例，所述偏振片为布鲁斯特角放置，使得内部谐振腔内产生p分量线偏光。
14.本发明申请相比现有技术，具有如下有益效果：（1）通过双棱镜（直角棱镜和角锥棱镜）来折叠光路，在保证足够的物理腔长度的前提下，减小了激光器的机械长度，达到小型化设计的目的。由于折叠采用了角锥棱镜，也进一步提高了整机在高低温环境下的抗失谐能力。
15.（2）ld泵浦模块采用多波长泵浦技术，通过增加nd:yag晶体棒的长度，以充分吸收泵浦光，使得激光器适用于-40℃~50℃环境温度范围内免温控工作，即使ld泵浦波长随环境温度漂移，也可保证足够的吸收系数，保证足够的储能，从而维持该温度范围内一定范围内稳定的激光能量输出，而不需要采用tec温控的方式维持激光能量稳定，整机不用tec，减少了热源，从而降低整机功耗。
16.（3）通过采用ld端泵方式，优化柱透镜耦合镜组参数，实现模式匹配的前提下，再采用输出镜是vrm镜的非稳腔方法，可实现最终高光束质量激光输出，在一定直径的nd:yag晶体下，激光器原始束散角可控制在1.5mrad以内，从而可减小扩束镜头的尺寸，也有助于小型化设计。
17.（4）腔内引进角锥棱镜，实现抗失谐设计，且通过旋转偏振片对角锥棱镜造成的退偏进行有效补偿。
附图说明
18.图1为一种ld端泵脉冲固体激光器实施例的原理图；图2为一种ld端泵脉冲固体激光器的上下层折叠光路示意图；图3为一种ld端泵脉冲固体激光器实施例的上层光路组成结构图；图4为一种ld端泵脉冲固体激光器实施例的下层光路组成结构图。
19.图中标记说明：1-ld泵浦模块，2-柱透镜耦合镜组，3-全反镜，4-nd:yag晶体棒，5-直角棱镜，6-λ/4波片，7-调q晶体，8-光楔镜组，9-角锥棱镜，10-偏振片，11-输出镜。
具体实施方式
20.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
21.参阅图1-4所示，本实施例提供了一种ld端泵脉冲固体激光器，包括图示的从上至下的第一光路、第二光路和第三光路，结合图1-3所示，第一光路和第二光路折叠形成位于
同一平面的u型上层光路，结合图1、2、4所示，第三光路形成位于上层光路所在平面一侧的下层光路。
22.第一光路从入光方向包括依次共轴放置的ld泵浦模块1、柱透镜耦合镜组2、全反镜3和nd:yag晶体棒4，第一光路末端和第二光路首端设有将第一光路的激光折叠到第二光路的直角棱镜5，nd:yag晶体棒4沿光路方向延伸。
23.第二光路从入光方向包括依次共轴放置的λ/4波片6、调q晶体7和光楔镜组8，第二光路末端和第三光路首端设有将第二光路的激光折叠到第三光路的角锥棱镜9，这里的角锥棱镜也能实现直角棱镜折叠光路的功能。
24.激光进入第三光路后，会依次通过共轴放置的偏振片10和输出镜11，从而射出激光。
25.其中，全反镜3与输出镜11之间构成激光器的内部谐振腔。
26.具体地，ld泵浦模块采用ld阵列模块，是由796nm、808nm和814nm三种波长混合组成，三波长是根据nd:yag晶体的吸收谱进行设计，可保证ld泵浦模块在-40℃~50℃温度范围内出现温漂后，nd:yag晶体仍具有相当量的吸收系数，再将nd:yag晶体的增益长度延伸至60mm长度，可保证在-40℃~50℃任意温度点都具有足够高的储能，从而实现-40℃~50℃温度范围内激光能量稳定输出。这样实现了免温控工作，而无需采用tec温控的方式维持激光能量稳定，从而降低整机功耗，且不采用散热器而减小激光器体积。
27.在实施例中，柱透镜耦合镜组2由三片柱透镜组成，分别对ld泵浦模块的快慢轴光斑进行整形聚焦至nd:yag晶体棒4前端。通过选择柱透镜耦合镜组2合适的曲率半径，可优选出一组合适的参数，使得快慢轴的聚焦光斑直径和位置相当，该光斑大小与谐振腔腔镜参数下腔内激光光斑大小相当，实现模式匹配。
28.nd:yag晶体棒4前端可以键合一段无掺杂的yag晶体，这样可以减小热效应。
29.腔内激光在谐振腔之间振荡，经过直角棱镜5反射后在上层光路中实现折叠，减小了激光器的机械长度。
30.λ/4波片6和调q晶体7共同组成腔内的q开关，是实现脉冲激光输出的关键器件，当调q晶体7上未加载高压时，腔内无法振荡，上能级粒子数得到积累，当调q晶体7加载高压后，腔内迅速建立振荡从而输出脉冲光。
31.角锥棱镜9将光路再次折叠，从上层光路折叠至下层光路，进一步压缩激光器机械长度。
32.参阅图2所示，激光器的上层光路和下层光路通过角锥棱镜9折叠，构成双层光路设计，之后激光经过偏振片10和输出镜11输出。偏振片10设计为布鲁斯特角56.5
°
放置，使得腔内产生p分量线偏光，p分量线偏光在λ/4波片6和调q晶体7共同作用下，当腔内形成s方向振动的线偏光时，阻止振荡，形成p方向振动的线偏光时，形成振荡输出。
33.全反镜3采用平凹反射镜，凹面镀1064nm高反膜，输出镜11采用凹凸镜，凹面镀1064nm减反膜，凸面镀1064nm高斯分布的膜层。
34.本技术所涉及激光器谐振腔采用u型折叠腔，全反镜3和输出镜11之间构成激光器的内部谐振腔，采用非稳腔设计。全反镜3采用平凹反射镜，凹面镀1064nm高反膜；输出镜11采用凹凸镜，凹面镀1064nm减反膜，凸面镀1064nm高斯分布的膜层，使之成为折射率渐变的vrm镜，可实现对高阶模的抑制，从而提高激光光束质量。
35.以上对本技术提供的一种ld端泵脉冲固体激光器进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。