本公開涉及激光技術領域，具體涉及一種可實現三種波長輸出的連續/脈沖疊加式單光束固體激光器。
背景技術：
目前，激光鉆孔、激光打標已經廣泛地應用于各類精密工業加工領域。為了提高激光鉆孔、激光打標效率，人們依靠大功率的連續激光照射材料并使其熔化的同時，依靠窄脈沖寬度、高峰值功率的脈沖激光使處于熔覆狀態的輻照區域材料濺射和汽化，從而實現快速、高效的激光鉆孔、激光打標。
目前傳統方法是將一臺連續輸出的激光器與一臺脈沖輸出的激光器進行組合，將連續激光與脈沖激光進行空間疊加合束，產生具有單光束形式的連續\脈沖疊加激光束。此類方法雖然能夠具有兩種特性的激光束可控、能夠獲得穩定的連續\脈沖疊加式激光束的優點，但是由于使用兩臺激光器，造成系統的成本高昂、體積龐大、運行復雜、激光波長固定單一，限制了它在激光加工領域的應用范圍。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本公開提供一種基于復合諧振腔結構、能夠輸出連續/脈沖疊加式單光束固體激光器。
所述連續/脈沖疊加式單光束固體激光器包括：第一類平凹反射鏡、第一偏振元件(7)、第一類平面輸出鏡、第二類平面輸出鏡，其中：
所述第一類平凹反射鏡、第一偏振元件(7)、第一類平面輸出鏡形成第一諧振腔；
所述第一類平凹反射鏡、第二類平面輸出鏡形成第二諧振腔；
所述第一偏振元件(7)位于第一類平凹反射鏡與第二類平面輸出鏡之間，三者的光心在一條直線上；
在第一偏振元件(7)和第二類平面輸出鏡之間有Q開關(12)，三者的光心在一條直線上；
所述第一類平凹反射鏡(1)與第一偏振元件(7)之間有受激輻射光源，用于產生非偏振受激輻射熒光；
所述非偏振受激輻射熒光經第一偏振元件(7)分解為s-偏振受激熒光和p-偏振受激輻射熒光；
所述s-偏振受激輻射熒光經第一諧振腔振蕩放大后輸出s-偏振連續激光；
所述p-偏振受激輻射熒光經Q開關(12)調制，在第二諧振腔內振蕩放大后輸出p-偏振脈沖激光；
所述s-偏振連續激光與p-偏振脈沖激光在相同傳播方向上重合疊加。
進一步地，所述第一類平凹反射鏡的曲率半徑為1000nm，包括第一平凹反射鏡(1)、第二平凹反射鏡(2)、第三平凹反射鏡(3)，其中：
所述第一平凹反射鏡(1)的平面鍍制0°入射1064nm、1319nm波長的雙色增透膜，其凹面鍍制0°入射946nm波長的高反膜和1064nm、1319nm波長的雙色增透膜；
所述第二平凹反射鏡(2)的平面不鍍膜，其凹面鍍制0°入射的1064nm波長的高反膜；
所述第三平凹反射鏡(3)的平面鍍制0°入射1064nm波長的增透膜，其凹面鍍制0°入射1319nm波長的高反膜和1064nm波長的增透膜。
進一步地，所述第一類平面輸出鏡包括第一輸出鏡(8)、第二輸出鏡(9)、第三輸出鏡(10)，其中：
所述第一輸出鏡(8)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射946nm波長的部分反射膜和1064nm、1319nm波長的雙色增透膜，其另一平面鍍制0°入射946nm、1064nm、1319nm波長的三色增透膜；
所述第二輸出鏡(9)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1064nm波長的部分反射膜，其另一平面鍍制0°入射1064nm波長的增透膜；
所述第三輸出鏡(10)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1319nm波長的部分反射膜和1064nm波長的增透膜，其另一平面鍍制0°入射1064nm、1319nm波長的雙色增透膜。
進一步地，所述第二類平面輸出鏡包括第四輸出鏡(13)、第五輸出鏡(14)、第六輸出鏡(15)，其中：
所述第四輸出鏡(13)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射946nm部分反射膜和1064nm、1319nm波長的雙色增透膜，其另一平面鍍制0°入射946nm、1064nm、1319nm波長的三色增透膜；
所述第五輸出鏡(14)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1064nm部分反射膜，其另一平面鍍制0°入射的1064nm波長的增透膜；
所述第六輸出鏡(15)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1319nm部分反射膜和1064nm波長的增透膜，其另一平面鍍制0°入射1064nm、1319nm波長的雙色增透膜。
進一步地，所述第一類平凹反射鏡位于第一電動平移臺(4)上，第一類平面輸出鏡位于在第二電動平移臺(11)上，第二類平面輸出鏡位于在第三電動平移臺(16)上；
所述第一類平凹反射鏡、第一類平面輸出鏡、第二類平面輸出鏡的位置均能夠通過其所在的電動平移臺沿垂直于對應光路的同一直線方向調節。
進一步地，所述調Q元件為聲光晶體(12)。
進一步地，所述s-偏振連續激光經第一類平面輸出鏡輸出后，依次經第二偏振元件(17)、第三偏振元件(18)、第四偏振元件(19)反射，與經第四偏振元件(19)全透射的p-偏振脈沖激光在相同傳播方向上重合疊加。
進一步地，所述s-偏振連續激光在所述第二偏振元件(17)、第三偏振元件(18)、第四偏振元件(19)上的入射角均為56.7°。
進一步地，所述p-偏振脈沖激光在所述第四偏振元件(19)上的入射角為56.7°。
進一步地，所述受激輻射光源包括Nd：YAG晶體棒(5)、半導體激光側泵模塊(6)，其中：
所述Nd：YAG晶體棒(5)為激光增益介質，在吸收半導體激光側泵模塊(6)的半導體激光能量后，同時產生946nm、1064nm和1319nm三種波長非偏振受激輻射熒光。
與現有技術相比，本公開的激光器具備以下優點：
1)將p-偏振脈沖激光諧振腔和s-偏振連續激光諧振腔組成一個復合折疊型諧振腔，并利用第一偏振元件進行分光，實現同波長的p-偏振脈沖激光和s-偏振連續激光同時振蕩輸出。
2)采用Nd：YAG晶體棒和半導體激光側泵模塊作為受激輻射光源，能夠同時產生946nm、1064nm和1319nm三種波長的非偏振受激輻射熒光，并利用電動平移臺調整反射鏡和輸出鏡，可以構成多組諧振腔，實現三種波長的p-偏振脈沖激光和與其同波長的s-偏振連續激光同時輸出。
3)依次以56.7°布儒斯特角第二偏振元件、第三偏振元件和第四偏振元件反射的s-偏振連續激光和經過第四偏振元件以56.7°布儒斯特角透射且波長相同的p-偏振脈沖激光它們相同傳播方向上實現疊加式合束，使得激光器結構緊湊，并能夠產生具有單光束形式的連續\脈沖疊加激光束，從而解決了兩臺同波長的激光器完成疊加式合束所造成的成本高昂、體積龐大、運行復雜、激光波長固定單一的問題，具有很強的實用性。
附圖說明
圖1為本公開一個實施例中關于連續/脈沖疊加式單光束固體激光器結構示意圖；
其中：1、第一平凹反射鏡；2、第二平凹反射鏡；3、第三平凹反射鏡；4、第一電動平移臺；5、Nd：YAG晶體棒；6、半導體激光側泵模塊；7、第一偏振元件；8、第一輸出鏡；9、第二輸出鏡；10、第三輸出鏡；11、第二電動平移臺；12、調Q元件；13、第四輸出鏡；14、第五輸出鏡；15、第六輸出鏡；16、第三電動平移臺；17、第二偏振元件；18、第三偏振元件；19、第四偏振元件。
具體實施方式
下面結合圖1闡述連續/脈沖疊加式單光束固體激光器。
激光器在使用同一受激輻射光源的前提下，通過變換反射鏡和輸出鏡，可以組成多組諧振腔。每組諧振腔包括第一諧振腔和第二諧振腔。第一諧振腔由第一類平凹反射鏡、第一偏振元件(7)、第一類平面輸出鏡構成，用于振蕩放大s偏振連續激光；第二諧振腔由第一類平凹反射鏡、第二類平面輸出鏡構成，用于振蕩放大p-偏振脈沖激光。在第一類平凹反射鏡(1)與第一偏振元件(7)之間有受激輻射光源，用于產生非偏振受激輻射熒光，非偏振受激輻射熒光經第一偏振元件(7)分解為s-偏振受激熒光和p-偏振受激輻射熒光，其中：s-偏振受激輻射熒光經第一諧振腔振蕩放大后輸出s-偏振連續激光，p-偏振受激輻射熒光經第二諧振腔內的Q開關(12)調制，在第二諧振腔內振蕩放大后輸出p-偏振脈沖激光。所述s-偏振連續激光與p-偏振脈沖激光在相同傳播方向上重合疊加。
Q開關(12)為聲光晶體。所述聲光晶體可以采用光學單軸聲光晶體，主要有二氧化碲、鉬酸鉛、氯化亞汞等晶體。當外界的超聲波通過聲光晶體時，其內部密度發生周期性變化，導致折射率周期性變化，使通過聲光晶體的p-偏振受激輻射熒光發生偏轉，無法在諧振腔內振蕩放大，更無法形成激光輸出；當沒有超聲波存在時，通過聲光晶體的p-偏振受激輻射熒光能夠在諧振腔內振蕩放大并形成激光輸出；當超聲波周期性地通過聲光晶體時，就會產生p-偏振脈沖激光輸出。
上述元件中，受激輻射光源、第一類平凹反射鏡、第一偏振元件(7)、第二類平面輸出鏡四者光心在同一直線上。
第一類平凹反射鏡、第一類平面輸出鏡和第二類平面輸出鏡的特征類型根據作用的不同波長選擇。
圖1中，第一類平凹反射鏡包括第一平凹反射鏡(1)、第二平凹反射鏡(2)、第三平凹反射鏡(3)，分別作用于946nm、1064nm、1319nm波長的激光，它們的曲率半徑為1000nm，并具有下述特點：
第一平凹反射鏡(1)的平面鍍制0°入射1064nm、1319nm波長的雙色增透膜，其凹面鍍制0°入射946nm波長的高反膜和1064nm、1319nm波長的雙色增透膜；
第二平凹反射鏡(2)的平面不鍍膜，其凹面鍍制0°入射的1064nm波長的高反膜；
第三平凹反射鏡(3)的平面鍍制0°入射1064nm波長的增透膜，其凹面鍍制0°入射1319nm波長的高反膜和1064nm波長的增透膜。
相應的，第一輸出鏡(8)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射946nm波長的部分反射膜和1064nm、1319nm波長的雙色增透膜，其另一平面鍍制0°入射946nm、1064nm、1319nm波長的三色增透膜；第四輸出鏡(13)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射946nm部分反射膜和1064nm、1319nm波長的雙色增透膜，其另一平面鍍制0°入射946nm、1064nm、1319nm波長的三色增透膜；
第二輸出鏡(9)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1064nm波長的部分反射膜，其另一平面鍍制0°入射1064nm波長的增透膜；第五輸出鏡(14)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1064nm部分反射膜，其另一平面鍍制0°入射的1064nm波長的增透膜；
第三輸出鏡(10)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1319nm波長的部分反射膜和1064nm波長的增透膜，其另一平面鍍制0°入射1064nm、1319nm波長的雙色增透膜；第六輸出鏡(15)靠近第一偏振元件(7)的平面鍍制0°入射1319nm部分反射膜和1064nm波長的增透膜，其另一平面鍍制0°入射1064nm、1319nm波長的雙色增透膜。
這樣，所述第一平凹反射鏡(1)、第一偏振元件(7)、第一輸出鏡(8)形成第一諧振腔，用于振蕩放大輸出s-偏振946nm連續激光；第一平凹反射鏡(1)、第四輸出鏡(13)形成第二諧振腔，用于振蕩放大后輸出p-偏振946nm脈沖激光；第二平凹反射鏡(2)、第一偏振元件(7)、第二輸出鏡(9)形成第三諧振腔，用于振蕩放大輸出s-偏振1064nm連續激光；第二平凹反射鏡(2)、第五輸出鏡(14)形成第四諧振腔，用于振蕩放大后輸出p-偏振1064nm脈沖激光；第三平凹反射鏡(3)、第一偏振元件(7)、第三輸出鏡(10)形成第五諧振腔用于振蕩放大輸出s-偏振1319nm連續激光；第三平凹反射鏡(3)、第六輸出鏡(15)形成第六諧振腔，用于振蕩放大后輸出p-偏振1319nm脈沖激光。
將第一平凹反射鏡(1)、第二平凹反射鏡(2)、第三平凹反射鏡(3)放置在第一電動平移臺(4)上，可以根據需要移動第一電動平移臺(4)選擇合適的反射鏡。同理，也可以將第一輸出鏡(8)、第二輸出鏡(9)、第三輸出鏡(10)放置在第二電動平移臺(11)上，將第四輸出鏡(13)、第五輸出鏡(14)、第六輸出鏡(15)放置在第三電動平移臺(16)上。電動平移臺可以方便根據不同波長的需要沿所對應光路的垂直直線上切換反射鏡或輸出鏡。
所述受激輻射光源包括Nd：YAG晶體棒(5)、半導體激光側泵模塊(2)，其中：所述Nd：YAG晶體棒(5)為激光增益介質，在吸收半導體激光側泵模塊(2)的半導體激光能量后，可根據需要產生946nm、1064nm和1319nm三條的非偏振受激輻射熒光。半導體激光側泵模塊可以優選808nm半導體激光側泵模塊。
受激輻射光源產生的相應波長的受激輻射熒光經通過第一偏振元件(7)時，被第一偏振元件(7)分解為s-偏振受激輻射熒光和p-偏振受激輻射熒光。在s-偏振受激輻射熒光經第一諧振腔振蕩放大形成s-偏振連續激光，p-偏振受激輻射熒光經第二諧振腔振蕩放大形成p-偏振脈沖激光。在s-偏振連續激光和p-偏振脈沖激光傳播的光路上增加偏振元件，可以改變s-偏振連續激光和/或p-偏振脈沖激光的傳播方向，以使s-偏振連續激光和p-偏振脈沖激光的傳播方向相同，使它們在相同傳播方向上重合疊加。
在圖1中，在s-偏振連續激光和p-偏振脈沖激光傳播的光路上設置第二偏振元件(17)、第三偏振元件(18)、第四偏振元件(19)，通過第二偏振元件(17)、第三偏振元件(18)、第四偏振元件(19)改變s-偏振連續激光的傳播方向，使其傳播方向與p-偏振脈沖激光的傳播方向相同，并與全透過第四偏振元件(19)的p-偏振脈沖激光進行重合疊加。
進一步地，基于布儒斯特原理，第二偏振元件(17)、第三偏振元件(18)、第四偏振元件(19)與入射光的角度為56.7°夾角。
將第一偏振元件(7)和第二類平面輸出鏡之間的光路作為第一直線光路，將第一偏振元件(7)和第一類平面輸出鏡之間的光路作為第二直線光路，第二直線光路的方向與第一直線光路的方向成66.6°夾角。將第二偏振元件(17)、第三偏振元件(18)所在的光路作為第三直線光路，第三直線光路的方向與第二直線光路的方向成66.6°夾角。將第三偏振元件(18)、第四偏振元件(19)所在的光路作為第四直線光路，第四直線光路的方向與第三直線光路的方向成66.6°夾角。圖1中，第一直線光路沿水平方向向右傳播，第二直線光路沿右上方傳播，第三直線光路在第一水平光路的上邊并沿水平方向向右傳播，第四直線光路在第二直線光路的右邊并沿右下方傳播。并且，第二直線光路與第一直線光路的交點在第一偏振元件(7)左側平面上，第三直線光路與第二直線光路的交點在第二偏振元件(17)的右側平面上，第四直線光路與第三直線光路的交點在第三偏振元件(18)的左側平面上，第四直線光路與第一直線光路的交點第四偏振元件(19)的右側平面上。
上述直線光路均在同一水平面上，這是一種優選方式，可以使激光器結構緊湊，方便調整構成激光器的各個元件。但是各元件也可以根據需要部署，存在直線光路不在同一水平面的可能。
在一個實施例中，在Nd：YAG晶體棒直徑為4mm，棒長75mm，Nd3+離子摻雜濃度為0.9at.％，半導體激光側泵模塊中的808nm半導體激光總泵浦功率為600W，第一輸出鏡(8)對s-偏振946nm連續激光部分透射的透射率為T＝5.6％，第二輸出鏡(9)對s-偏振1064nm連續激光部分透射的透射率為T＝20％，第三輸出鏡(10)對s-偏振1319nm連續激光部分透射的透射率為T＝8.8％，第四輸出鏡(13)對p-偏振946nm脈沖激光部分透射的透射率為T＝10.5％，第五輸出鏡(14)對p-偏振1064nm脈沖激光部分透射的透射率為T＝33.2％，第六輸出鏡(15)對p-偏振1319nm脈沖激光部分透射的透射率為T＝15.0％的實驗條件下，對連續/脈沖疊加式單光束固體激光器分別產生波長為946nm、1064nm、1319nm的連續/脈沖疊加單束激光的最大疊加輸出功率進行了測量，同時還測量了s-偏振連續激光被第二偏振元件(17)反射之前的最大連續輸出功率、p-偏振脈沖激光被第四偏振元件(19)透射之前的最大平均功率、以及p-偏振脈沖激光的脈沖重復頻率，相關測量值參見表1。
表1
從表1可以看出，將從同一激光輻射光源同時產生、相同波長的s偏振連續激光與p-偏振脈沖激光通過疊加合束的方式能夠獲得高功率連續\脈沖疊加式單光束激光。在不更換激光輻射光源的前提下，通過更換相應的反射鏡和輸出鏡，可以獲得三種波長的高功率連續\脈沖疊加式單光束激光，并且合束效率均達到了99％左右。
由此，本公開提出的一種連續\脈沖疊加式單光束固體激光器，與目前常規的基于一臺連續輸出的激光器與一臺脈沖輸出的激光器通過空間合束獲得單光束形式的連續\脈沖疊加激光比較，具有三種復合諧振腔的結構特點，價格低廉、結構緊湊、運行可靠，特別是利用同一激光受激輻射光源可分別獲得946nm、1064nm、1319nm三種波長的高功率連續\脈沖疊加式單光束激光，提高了激光受激輻射光源的能量轉換效率，因此具有很強的實用性。
以上對本公開進行了詳細介紹，文本中應用了具體個例對本公開的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本公開的方法及其核心思想；同時，對于本領域技術人員，依據本公開的思量，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內容不應理解為對本公開的限制。