激光装置

1.本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光装置。


背景技术：

2.激光具有亮度高、方向集中、能量大等特性。近年来，激光逐渐应用于各个技术领域，例如材料加工、测绘、成像等技术领域。在照明和成像技术领域中，激光的方向和亮度特性能够得到充分的发挥。照明和成像的区域能够有效地控制在预定范围之内，光线亮度的稳定性较高，抗干扰能力强。
3.大能量固体激光装置需要较长的谐振腔长度来实现大的基横模尺寸，而较大的谐振腔长度导致激光装置对光学元件的形变较为敏感。其中，环境温差、振动、冲击等直接作用于激光装置外壳，应力、温差等传导至激光装置光学底板并导致光学底板形变，光学底板的形变进一步导致镜架等光学元器件俯仰、偏摆角的变化，从而导致激光装置输出功率降低甚至无法输出。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述问题，提供一种新型结构的激光装置，所述激光装置包括增益介质、零度反射镜、第一后向反射镜、第二后向反射镜以及输出耦合镜；所述增益介质位于所述第一后向反射镜和所述第二后向反射镜之间，所述增益介质用于产生辐射光；所述零度反射镜与所述增益介质共光轴；所述辐射光包括第一方向辐射光和第二方向辐射光；所述第一方向辐射光入射至所述第一后向反射镜；所述第二方向辐射光入射至所述零度反射镜，经过所述零度反射镜全反射后，入射至所述增益介质，再入射至所述第一后向反射镜，与所述第一方向辐射光共同形成入射光；所述第一后向反射镜和所述零度反射镜分别位于所述增益介质的两侧，所述入射光从所述第一后向反射镜入射，经过所述第一后向反射镜后出射，得到第一出射光；所述入射光与所述第一出射光的方向相反，所述入射光与所述第一出射光间隔且平行；所述第二后向反射镜和所述零度反射镜均位于所述增益介质的同一侧，所述第一出射光从所述第二后向反射镜入射，经过所述第二后向反射镜后出射，得到第二出射光；所述第一出射光与所述第二出射光的方向相反，所述第一出射光与所述第二出射光间隔且平行；所述零度反射镜和所述输出耦合镜之间构成谐振腔；所述第二出射光入射至所述输出耦合镜，所述输出耦合镜用于透射并输出第一部分辐射光，所述输出耦合镜用于反射第二部分辐射光。
5.优选的，所述第一后向反射镜包括相互垂直设置的第一反射面和第二反射面；所述第一反射面与所述增益介质的一端相对设置，使得所述入射光在所述第一反射面和所述增益介质之间传输。
6.优选的，所述第二后向反射镜包括相互垂直设置的第三反射面和第四反射面；
所述第三反射面与所述第二反射面相对设置，使得所述第一出射光在所述第三反射面和所述第二反射面之间传输；所述第四反射面与所述输出耦合镜相对设置，使得所述第二出射光在所述第四反射面和所述输出耦合镜之间传输。
7.优选的，所述第一后向反射镜和/或第二后向反射镜包括直角棱镜。
8.优选的，所述第一后向反射镜和/或第二后向反射镜包括两个相互垂直的45度反射镜。
9.优选的，所述激光装置还包括调制器，所述调制器设置在所述输出耦合镜和所述第二后向反射镜之间，所述调制器用于调节所述第二出射光的出光方向。
10.优选的，所述调制器包括电光调制器和/或声光调制器。
11.优选的，所述激光装置还包括泵浦光源，所述泵浦光源用于提供泵浦光，所述泵浦光穿过所述零度反射镜并被所述增益介质吸收。
12.优选的，所述增益介质的材质为yb:yag，所述增益介质的掺杂浓度为7%～20%。
13.优选的，所述增益介质产生的所述辐射光的波长为1030nm，所述第一部分辐射光占所述第一方向辐射光的比例为1%～50%。
14.本发明的激光装置通过第一后向反射镜和第二后向反射镜的配合使用，使得谐振腔中的光路稳定，提升激光装置对光学底板形变的耐受力，进而提升大能量激光装置对复杂环境工况的耐受力。而且，本发明的激光装置可以被动补偿环境参数改变导致的光学底板形变，从而提升该激光装置的环境适应性，同时保证稳定的高能高光束质量激光输出。
附图说明
15.图1是本发明第一种具体实施方式提供的激光装置的结构示意图。
16.图2（a）是本发明具体实施方式提供的后向反射镜的工作原理示意图。
17.图2（b）是现有技术提供的普通平面镜的工作原理示意图。
18.图3是本发明第二种具体实施方式提供的激光装置的结构示意图。
19.附图标记：激光装置10、增益介质1、零度反射镜2、后向反射镜3、第一后向反射镜31、第一反射面311、第二反射面312、第二后向反射镜32、第三反射面321、第四反射面322、输出耦合镜4、调制器5。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
21.应当理解，尽管在本发明具体实施方式中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本发明具体实施方式范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
22.如图1所示，本发明第一种具体实施方式中，提供一种新型结构的激光装置，所述激光装置10包括增益介质1、零度反射镜2、第一后向反射镜31、第二后向反射镜32以及输出
耦合镜4；所述增益介质1位于所述第一后向反射镜31和所述第二后向反射镜32之间，所述增益介质1用于产生辐射光；所述辐射光包括第一方向辐射光和第二方向辐射光；所述第一方向辐射光入射至所述第一后向反射镜31；所述第二方向辐射光入射至所述零度反射镜2，经过所述零度反射镜2全反射后，入射至所述增益介质1，再入射至所述第一后向反射镜31，与所述第一方向辐射光共同形成入射光；所述第一后向反射镜31和所述零度反射镜2分别位于所述增益介质1的两侧，所述入射光从所述第一后向反射镜31入射，经过所述第一后向反射镜31后出射，得到第一出射光；所述入射光与所述第一出射光的方向相反，所述入射光与所述第一出射光间隔且平行；所述第二后向反射镜32和所述零度反射镜2均位于所述增益介质1的同一侧，所述第一出射光从所述第二后向反射镜32入射，经过所述第二后向反射镜32后出射，得到第二出射光；所述第一出射光与所述第二出射光的方向相反，所述第一出射光与所述第二出射光间隔且平行；所述零度反射镜2和所述输出耦合镜4之间构成谐振腔；所述第二出射光入射至所述输出耦合镜4，所述输出耦合镜4用于透射并输出第一部分辐射光，所述输出耦合镜4用于反射第二部分辐射光。
23.在该具体的实施方式中，沿增益介质1的光轴方向的入射光在零度反射镜2与输出耦合镜4之间多次往返；具体的，增益介质1产生的沿光轴的第二方向辐射光由零度反射镜2全反射，穿过增益介质1，与第一方向辐射光一起形成入射光，经由第一后向反射镜31反向传输，再经由第二后向反射镜32反向传输，到达输出耦合镜4，输出耦合镜4透射并输出第一部分辐射光，反射第二部分辐射光，反射的第二部分辐射光沿原光路返回，经第二后向反射镜32、第一后向反射镜31、增益介质1到达零度反射镜2。辐射光多次往返于零度反射镜2与输出耦合镜4之间，形成激光，激光可以从输出耦合镜4输出。
24.在该具体的实施方式中，增益介质1用于产生辐射光，例如可以为长条状，其中心轴线可以为增益介质1的光轴。增益介质1的材质可以为yb:yvo4、nd:yag等各种常见的材质，以yb:yag材质为例，掺杂浓度可以为7%～20%，增益介质1的直径可以大于或等于1 mm，长度可以大于或等于1 mm，例如为20mm。增益介质1还可以吸收泵浦光，并为辐射光提供增益；零度反射镜2可以为平面反射镜，其光轴垂直于所述零度反射镜2，零度反射镜2的直径可以大于或等于10 mm，优选的，零度反射镜2的直径大于增益介质1的直径，零度反射镜2镀有0度激光高反膜；相应的，所述增益介质1产生的所述辐射光的波长为1030nm，所述第一部分辐射光占所述入射光的比例为1%～50%，即经过输出耦合镜4透射并输出的第一部分辐射光占比为1%～50%。
25.在该具体的实施方式中，所述第一后向反射镜31包括相互垂直设置的第一反射面311和第二反射面312；增益介质1包括第一端部和第二端部，第一端部为增益介质1上靠近第一后向反射镜31的端部，第二端部为增益介质1上靠近零度反射镜2的端部，所述第一反射面311与所述增益介质1的第一端部相对设置，使得所述入射光在所述第一反射面311和所述增益介质1之间传输；通过采用该种结构，入射至第一反射面311的入射光可以被第一反射面311朝向第二反射面312反射，进而由第二反射面312将光反射出去，入射至第一反射面311的第一方向辐射光与从第二反射面312反射的第一出射光的光路间隔且平行，传输方
向相反。
26.在该具体的实施方式中，所述第二后向反射镜32包括相互垂直设置的第三反射面321和第四反射面322；所述第三反射面321与所述第二反射面312相对设置，使得所述第一出射光在所述第三反射面321和所述第二反射面312之间传输；所述第四反射面322与所述输出耦合镜4相对设置，使得所述第二出射光在所述第四反射面322和所述输出耦合镜4之间传输；通过采用该种结构，入射至第三反射面321的第一出射光可以被第三反射面321朝向第四反射面322反射，进而由第四反射面322将光反射出去，入射至第三反射面321的第一出射光与第四反射面322反射的第二出射光的光路间隔且平行，传输方向相反。
27.在该具体的实施方式中，图2（a）中示出了后向反射镜的工作原理，图2（b）示出了普通平面镜的工作原理。具体的，参见图2（b），对于普通的平面镜而言，只有入射角为0度时，即入射光垂直于反射面入射时，入射光和反射光才会相互平行，参见实线代表的光线。当受到外界环境变化的影响，激光装置的光学底板发生形变时，激光光路中入射至反射镜入射光线可能发生倾斜，或者反射镜发生倾斜，此时，入射至反射镜的入射光和由反射镜出射的反射光会存在夹角，参见虚线代表的光线，在激光谐振腔中，光每次经过反射镜都会扩大光的倾斜角度，使得光从谐振腔中溢出，从而导致激光器输出功率降低甚至无法输出。
28.而本发明具体实施方式所提供的激光装置中，通过采用两个后向反射镜，后向反射镜的工作原理如图2（a）中所述，对于后向反射镜3而言，由于其两个反射面的相对位置始终保持相互垂直，可以使得入射至后向反射镜3的入射光和自后向反射镜3出射的反射光始终相互间隔平行，方向相反，参见实线和虚线示出的光路。
29.本发明通过在激光装置中设置后向反射镜代替普通的平面反射镜，可以实现对入射光的被动补充，保证出射光平行于入射光，使得激光装置的谐振腔中的光路稳定，提升激光装置对光学底板形变的耐受力，即提升大能量激光装置对复杂环境工况的耐受力；采用后向反射镜的激光装置可被动补偿环境参数改变导致的光学底板形变，从而提升该激光装置的环境适应性，同时保证稳定的高能高光束质量激光输出。
30.具体的实施方式中，后向反射镜3的材质可以为熔融石英、k9玻璃、或铜、或铝合金、或不锈钢等；在该具体的实施方式中，所述第一后向反射镜31和/或第二后向反射镜32包括直角棱镜；如图3所示，在第二种具体实施方式中，所述第一后向反射镜31和/或第二后向反射镜32包括两个相互垂直的45度反射镜，采用两个相互垂直的45度反射镜时，反射面均镀45度高反膜，后向反射镜由两个单独的部分粘接而成，或直接制造整体均可；后向反射镜的两个反射面呈90度，其可以将入射激光平行返回，且入射光与反射光线有一定的间距。
31.如图1和图3所示，在具体实施方式中，所述激光装置10还包括调制器5，所述调制器5设置在所述输出耦合镜4和所述第二后向反射镜32之间，所述调制器5用于调节所述第二出射光的出光方向。所述调制器5可以包括电光调制器和/或声光调制器。
32.在具体实施方式中，所述激光装置10还包括泵浦光源，泵浦光源可以设置在所述零度反射镜2远离所述增益介质1的一侧，所述泵浦光源用于提供泵浦光，所述泵浦光穿过所述零度反射镜并被所述增益介质吸收，泵浦光的波长可以为940 nm或969 nm。
33.如图1至图3所示，本发明具体实施方式所提供的激光装置10的工作原理为：泵浦源发射的泵浦光波长为940 nm或969 nm，连续光或准连续光均可。泵浦光透过零度反射镜2，并被增益介质1吸收。增益介质1通过自发辐射效应，向外辐射波长1030 nm的辐射光，辐
射光包括第一方向辐射光和第二方向辐射光，第二方向辐射光入射至零度反射镜2，经过零度反射镜2全反射后，入射至增益介质1，再入射至第一后向反射镜31，与第一方向辐射光共同形成入射光。沿增益介质1的光轴方向传输的入射光入射至第一后向反射镜31，并被第一后向反射镜31反射至第二后向反射镜32；经该第二后向反射镜32反射后，入射光继续入射至调制器5；当不需要激光输出时，调制器5将入射光衍射出腔外，即此时腔内损耗较大，幅射光无法透过调制器5；当需要激光输出时，调制器5不对入射光施加衍射作用，则入射光透过调制器5并入射在输出耦合镜4，此时光路分为两个部分，其中，第一部分辐射光从输出耦合镜4输出，剩余的第二部分幅射光被输出耦合镜4反射，并原路返回；原路返回的第二部分幅射光再次入射至增益介质1后，通过受激辐射作用，辐射光得到放大，即受激放大的辐射光，形成激光，该激光入射至零度反射镜2，零度反射镜2将激光反射并原路返回，激光在零度反射镜2与输出耦合镜4间多次往返，往返过程中，激光不断从输出耦合镜4输出。
34.本发明的激光装置通过第一后向反射镜和第二后向反射镜的配合使用，使得谐振腔中的光路稳定，提升激光装置对光学底板形变的耐受力，进而提升大能量激光装置对复杂环境工况的耐受力。而且，本发明的激光装置可以被动补偿环境参数改变导致的光学底板形变，从而提升该激光装置的环境适应性，同时保证稳定的高能高光束质量激光输出。
35.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
36.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。