二極體泵浦板條固體雷射器的製作方法

2023-07-19 07:59:06

專利名稱：二極體泵浦板條固體雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種二極體泵浦板條固體雷射器，屬於固體雷射器領域。
背景技術：
板條雷射器是目前獲得高功率、高光束質量雷射輸出的一種重要方式。根據不同 的泵浦方式，板條雷射器分為端面泵浦、側面泵浦和大面泵浦三種結構。針對板條形增益介 質的幾何形狀特點(厚度遠小於其他兩個方向的尺寸)，採用兩個較大表面作為冷卻面可 以獲得良好的冷卻效果，能夠高效地轉移廢熱，從而實現高功率的雷射輸出。為實現通光面 和冷卻面的分離，多採用端面或側邊泵浦方式。但是端面和側邊的面積較小，不利於高泵浦 光功率的注入，同時由於增益介質對泵浦光的指數吸收使，導致增益介質端面附近的熱效 應比較嚴重，也不利於雷射器的功率升級。另一方面，對於大面泵浦的板條雷射器件，一般採用水冷，即泵浦面同時通水，對 雷射增益介質進行冷卻。這不僅使得器件結構複雜，並且長時間運行容易造成泵浦面的汙 染，從而降低器件的效率和壽命。

實用新型內容本實用新型的目的是為了提出一種二極體大面泵浦的傳導冷卻的板條雷射器。該 雷射器結構簡單，可以實現中高功率、高光束質量的雷射輸出。本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的。本實用新型提出的一種二極體泵浦板條固體雷射器，包括增益模塊、輸入鏡和輸 出鏡。其中，增益模塊包括由多個雷射二極體構成的二極體列陣、聚焦鏡、聚光罩、板條形增 益介質和熱沉。其中，聚光罩的上端設置有進光口，並罩住所述板條形增益介質的一個大表 面；板條形增益介質的另一個大表面與熱沉緊密連接，板條形增益介質的一組相對側表面 被拋光並鍍有增透膜，作為振蕩光或被放大光的通光面；輸入鏡和所述輸出鏡分別位於板 條增益模塊的兩側，且與板條形增益介質上鍍有增透膜的兩個側表面相對，構成諧振腔。根據上述結構，二極體陣列發出的泵浦光經由聚焦鏡聚焦後，通過聚光罩上端的 進光口進入聚光罩與板條形增益介質組成的聚光腔，並進入板條形增益介質，將板條形增 益介質中激活離子激發到上能級，形成粒子數反轉，當增益大於損耗時，在輸入鏡和輸出鏡 之間形成振蕩雷射並從輸出鏡一側輸出。並且，可以使往返通過增益介質後仍未被吸收的 泵浦光，通過聚光罩的反射再次進入到增益介質內，提高泵浦光的利用率，並降低由於未被 吸收的泵浦光返回到雷射二極體導致雷射二極體損壞的概率。其中，所述聚焦鏡為柱面透鏡、柱面透鏡組或凹柱面鏡，用於將二極體列陣發出的 泵浦光匯聚到聚光腔內。所述聚光罩可以為拱形、矩形等形狀。所述板條形增益介質的下表面與熱沉連接方式採用金屬封接或光膠粘接。所述板條形增益介質為雷射晶體或雷射陶瓷，厚度為0. 5 3mm，寬度為10 100mm，長度為 10 100mm。熱沉還與風冷裝置、循環水冷裝置或半導體製冷器等冷卻裝置連接。所述輸入鏡為凹面鏡或凹柱面鏡，所述輸出鏡為凸柱面鏡，在板條形增益介質所 在的平面構成正支共焦非穩腔。所述輸入鏡為凹面鏡，所述輸出鏡為凹面鏡，在板條形增益介質所在的平面構成 負支共焦非穩腔。有益效果本實用新型結構簡單，採用板條形增益介質的一個大面作為冷卻面，該大面熱傳 導冷卻方式可以獲得較好的冷卻效果，同時大面泵浦的泵浦方式能夠減小增益介質熱效應 的影響和增大泵浦光的分布面積，從而注入更多的泵浦功率，結合諧振腔鏡可構成雷射振 蕩器和放大器，可以實現中高功率、高光束質量的雷射輸出。而且，由於未採用冷卻液直接冷卻增益介質的結構，所以對密封性要求不高，結構 的複雜性大大降低，可以較好的應用在輸出功率要求不太高(例如，數十瓦級至千瓦級)的 場合，節約成本，效果也能保證。

圖1為實施例1中二極體泵浦板條固體雷射器的結構示意圖；圖2為實施例2中二極體泵浦板條固體雷射器的結構示意圖；圖3為實施例3中二極體泵浦板條固體雷射器的結構示意圖；圖4為實施例1中二極體泵浦板條固體雷射器的增益模塊的部分剖面示意圖；圖5為實施例2和實施例3中二極體泵浦板條固體雷射器的增益模塊的部分剖面 示意圖；圖6為組成二極體泵浦正支混合腔板條雷射振蕩器的諧振腔結構圖；圖7為組成二極體泵浦負支混合腔板條雷射振蕩器的諧振腔結構圖；圖8為組成二極體泵浦平-凹穩定腔板條雷射振蕩器的諧振腔結構圖；圖9為組成二極體泵浦板條混合腔雷射放大器的諧振腔結構圖；圖中，1- 二極體列陣，2-聚焦鏡，3-聚光罩，5-板條形增益介質，6-熱沉，7_輸入 鏡，8-輸出鏡，9-種子光，10-放大光。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型中的內容做進一步說明。實施例1參照圖1和圖4，二極體泵浦板條固體雷射器包括增益模塊、輸入鏡7和輸出鏡8。 增益模塊包括由多個雷射二極體構成的二極體列陣1、聚焦鏡2、聚光罩3、板條形增益介質 5和熱沉6。板條形增益介質5的一組相對的側表面被拋光並鍍有對振蕩雷射或放大光的增 透膜，作為雷射或被放大光的通光面。板條形增益介質5的下表面鍍金，並與熱沉6封接， 聚光罩3放置在板條形增益介質5上表面，如圖4所示，使往返通過增益介質後仍未被吸收 的泵浦光，通過聚光罩反射後再次進入到增益介質內，提高泵浦光的利用率，並防止由於未 被吸收的泵浦光返回到雷射二極體導致雷射二極體損壞，聚光罩3上端加工有進光口。輸入鏡7和輸出鏡8位於板條增益模塊的兩側，且與板條形增益介質5上鍍有增透膜的兩個 側表面相對，構成諧振腔。熱沉6與循環水冷裝置相連。聚焦鏡2選用平-凸柱面透鏡。二極體陣列1發出的泵浦光經由聚焦鏡2聚焦後，通過聚光罩3上端的進光口進 入聚光罩3與板條形增益介質5組成的聚光腔，並進入板條形增益介質5，將板條形增益介 質5中激活離子激發到上能級，形成粒子數反轉，當增益大於損耗時，在輸入鏡7和輸出鏡 8之間形成振蕩雷射並從輸出鏡一側輸出。實施例2參照圖2，其他結構的連接關係同實施例1，聚光罩3罩在板條形增益介質5外並 放置在熱沉6上，且聚光罩3下端的板條形增益介質5上鍍有增透膜的位置加工有出光口。實施例3參照3所示，其他結構的連接關係同實施例1，聚焦鏡2為凹柱面反射鏡；聚光罩3 罩在板條形增益介質5外並放置在熱沉6上，且聚光罩3下端的板條形增益介質5上鍍有 增透膜的位置加工有出光口。下面以實施例2的連接關係為例，選取不同的板條形增益介質5、輸入鏡7和輸出 鏡8組成二極體泵浦板條固體雷射器的雷射振蕩器或雷射放大器，以驗證其振蕩或放大效果。板條形增益介質5採用尺寸為50mmX200mmXl. 5mm的雷射晶體；輸入鏡7選用凹 球面鏡，曲率半徑為600mm，結構如圖6所示；輸出鏡8選用凸柱面鏡，曲率半徑為_400mm ； 組成二極體泵浦正支混合腔板條雷射振蕩器，結構如圖6所示；注入泵浦功率3500瓦，可獲 得1100瓦雷射輸出；光束質量M2因子優於10。板條形增益介質5採用尺寸為IOOmmX IOOmmX 3mm的雷射晶體；輸入鏡7選用凹 球面鏡，曲率半徑為IOOOmm ；輸出鏡8選用凸柱面鏡，曲率半徑為_700mm ；組成二極體泵浦 正支混合腔板條雷射振蕩器，結構如圖6所示；注入泵浦功率3000瓦，可獲得1000瓦雷射 輸出；光束質量M2因子優於20。板條形增益介質5採用尺寸為IOmmX40mmX0. 6mm的雷射晶體；輸入鏡7選用凹 球面鏡，曲率半徑為200mm ；輸出鏡8選用凹球面鏡，曲率半徑為150mm ；組成二極體泵浦負 支混合腔板條雷射振蕩器，結構如圖7所示；注入泵浦功率850瓦，可獲得300瓦雷射輸出； 光束質量M2因子優於2。板條形增益介質5採用尺寸為40mmX 15mmX Imm的雷射晶體；輸入鏡7選取凹球 面鏡，曲率半徑為200mm ；輸出鏡8選取凹球面鏡，曲率半徑為150mm ；組成二極體泵浦負支 混合腔板條雷射振蕩器，結構如圖7所示；注入泵浦功率1000瓦，可獲得350瓦雷射輸出； 光束質量M2因子優於5。板條形增益介質5採用尺寸為60mmXSOmmX 2mm的雷射陶瓷；輸入鏡7選用凹球 面鏡，曲率半徑為500mm ；輸出鏡8選取平面鏡，對振蕩雷射的透過率T = 25%;組成二極體 泵浦平-凹穩定腔板條雷射振蕩器；輸入鏡7和輸出鏡8之間的距離為100mm，結構如圖8 所示；注入泵浦功率2000瓦，可獲得800瓦雷射輸出。板條形增益介質5採用尺寸為IOOmmX IOOmmX 2mm的雷射晶體；輸入鏡7選取凹 柱面鏡，曲率半徑為500mm ；輸出鏡8選取凸柱面鏡，曲率半徑為_350mm ；組成二極體泵浦 板條混合腔雷射放大器，結構如圖9所示；種子光9從板條形增益介質5的一端入射，在輸入鏡7和輸出鏡8之間構成的諧振腔內反覆傳播獲得功率放大，得到高功率放大光10。 以上所述的具體描述，是對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一 步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限定本 實用新型的保護範圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改 進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於包括增益模塊、輸入鏡和輸出鏡，其中，所述增益模塊包括由多個雷射二極體構成的二極體列陣、聚焦鏡、聚光罩、板條形增益 介質和熱沉，其中，所述聚光罩的上端設置有進光口，並罩住所述板條形增益介質的一個大 表面；所述板條形增益介質的另一個大表面與熱沉緊密連接，所述板條形增益介質的一組 相對側表面被拋光並鍍有增透膜，作為振蕩光或被放大光的通光面；所述輸入鏡和所述輸 出鏡分別位於所述板條增益模塊的兩側，且與所述板條形增益介質上鍍有增透膜的兩個側 表面相對，構成諧振腔，其中，二極體陣列發出的泵浦光經由聚焦鏡聚焦後，通過聚光罩上端的進光口進入聚光罩與 板條形增益介質組成的聚光腔，並進入板條形增益介質，將板條形增益介質中激活離子激 發到上能級，形成粒子數反轉，當增益大於損耗時，在輸入鏡和輸出鏡之間形成振蕩雷射並 從輸出鏡一側輸出。
2.根據權利要求1所述的二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於所述聚焦鏡為柱 面透鏡、柱面透鏡組或凹柱面鏡。
3.根據權利要求1所述的二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於所述板條形增益 介質的下表面與熱沉連接方式採用金屬封接或光膠粘接。
4.根據權利要求1所述的二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於所述板條形增益 介質為雷射晶體或雷射陶瓷，厚度為0. 5 3mm，寬度為10 100mm，長度為10 100mm。
5.根據權利要求1所述的二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於所述熱沉與風冷 裝置、循環水冷裝置或半導體製冷器連接。
6.根據權利要求1所述的二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於所述輸入鏡為凹 面鏡或凹柱面鏡，所述輸出鏡為凸柱面鏡，所述輸入鏡和所述輸出鏡在所述板條形增益介 質所在的平面構成正支共焦非穩腔。
7.根據權利要求1所述的二極體泵浦板條固體雷射器，其特徵在於所述輸入鏡為凹 面鏡，所述輸出鏡為凹面鏡，所述輸入鏡和所述輸出鏡在所述板條形增益介質所在的平面 構成負支共焦非穩腔。
專利摘要本實用新型涉及一種二極體泵浦板條固體雷射器，包括增益模塊、輸入鏡和輸出鏡。增益模塊包括由多個雷射二極體構成的二極體列陣、聚焦鏡、聚光罩、板條形增益介質和熱沉。聚光罩的上端設置有進光口，並罩住板條形增益介質的一個大表面；板條形增益介質的另一個大表面與熱沉緊密連接，板條形增益介質的一組相對側表面被拋光並鍍有增透膜，作為振蕩光或被放大光的通光面；輸入鏡和輸出鏡分別位於板條增益模塊的兩側，且與板條形增益介質上鍍有增透膜的兩個側表面相對，構成諧振腔。本實用新型結構簡單，可以實現中高功率、高光束質量的雷射輸出，可以較好的應用在輸出功率要求不太高的場合。
文檔編號H01S5/026GK201821001SQ20102055655
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者崔麗, 張恆利, 徐瀏, 辛建國 申請人:北京理工大學