4-76 800W二极管激光器面阵四通泵浦耦合系统

高清松 唐 淳 童立新

　　800W二极管激光器面阵由23个二极管激光器线阵一维堆叠而成，每个线阵之间间距为1.75mm，面阵发光面积40mm´10mm，输出连续功率800W。在泵浦结构中设计增益介质上的泵浦光斑为10mm´7mm，并能满足泵浦光多次通过增益介质。首先，将二极管激光器面阵的每一个二极管激光器线阵分别经非球面柱透镜将快轴准直，在快轴方向获得6~10mrad的发散角，快轴方向宽度为1mm，耦合效率大于98%。然后，用两个十字正交的柱透镜分别对二极管激光器面阵的快慢轴光进行调整，以满足设计要求。其中快轴柱透镜的曲率半径为67mm，慢轴柱透镜的曲率半径为35mm。柱透镜材料选用折射率为2.254的铌酸锂晶体，对泵浦光的吸收系数为0.001/cm。在柱透镜的两通光面镀808nm的消反膜，以提高泵浦光的传输效率。

　　泵浦结构中，泵浦光与增益介质的法线成35°，增益介质未吸收的光，用球面全反射镜将泵浦光返回到增益介质上，球面全反射镜也与增益介质法线成35°，从而使泵浦光四次通过增益介质。另一方面，其振荡光束与增益介质法线成45°，光路垂直与纸面，从结构上布局合理，减少了端泵浦结构振荡光束与泵浦光束同轴给结构和光学器件镀膜等带来的麻烦。这样也可以实现多级泵浦结构串联，以实现高功率激光输出。二极管激光器面阵非均匀辐射光经非球面柱透镜、快轴柱透镜、慢轴柱透镜传输后在增益介质上获得高功率密度和较均匀的泵浦光束，泵浦光束在快慢轴方向上的束参数积分别为640mm´mrad和540mm´mrad。用CCD测得泵浦光在增益介质上的光强分布较均匀，在慢轴方向泵浦光是均匀的，在快轴方向上泵浦光呈现高斯分布。分布不均匀的主要原因是：（1）考虑到结构简单，设计中未补偿像差；（2）二极管激光器线阵相互之间不平行。但采用球面反射镜四通泵浦结构可以补偿泵浦光局部的不均匀性，因为泵浦光经球面反射镜后光路要反向。二极管激光器在驱动电流为45A时，输出连续功率为800W，二极管激光器面阵经非球面柱透镜和两个柱透镜后在10mm´7mm内的耦合效率为80.5%。