雷射二極體泵浦的固體雷射器的製作方法

2023-05-18 07:26:46

專利名稱：雷射二極體泵浦的固體雷射器的製作方法
技術領域：
本發明是一種雷射二極體泵浦的固體雷射器。
背景技術：
傳統的固體YAG雷射器，通常由摻釹釔鋁石榴石晶體棒、泵浦燈、聚光腔、光學諧振腔、電源及製冷系統組成，其轉換效率為2％到3％。另一方面整個雷射器需要龐大的製冷系統，體積很大。泵浦燈的壽命約為300到1000小時，操作人員需花很多時間頻繁的換燈，中斷系統工作，使自動化生產線的效率大大降低。因此技術上沒有大的發展空間，全固化雷射二極體固體雷射器(DPSSL)將取代燈泵浦固體雷射器，這是固體雷射器的發展方向。近年來由於大功率雷射二極體(LD)製造工藝的成熟和生產成本的降低，使二極體泵浦固體雷射器的研究得到了飛快的發展，且已正式進入商品化。
雷射二極體泵浦固體雷射器的種類很多，可以是連續的、脈衝的、調Q的，以及加倍頻混頻等非線性轉換的。工作物質的形狀有圓柱和板條狀的。而泵浦的耦合方式又分為直接端面泵浦、光纖耦合端面泵浦和側面泵浦三種結構。泵浦所用的雷射二極體或雷射二極體陣列出射的泵浦光，經由會聚光學系統將泵浦光耦合到Nd:YAG晶體棒上，在晶體棒的泵浦耦合面上為減少耦合損失而鍍有對810nm波長的增透膜。同時，該端面也是固體雷射器的諧振腔的全反端，因而端面的膜也是1.06μm的雷射諧振腔，起振後產生的1.06μm雷射束由輸出鏡耦合輸出。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種適於規模化批量生產和應用的雷射二極體泵浦的固體雷射器。
本發明所採用的技術方案是所述的固體雷射器為DPSSL模塊，用作其它雷射器的泵浦源，輸出1342nm雷射。其結構是在其金屬外殼內，設有TEC製冷器、泵浦LD及其熱沉、透鏡組、Nd:YVO4雷射晶體及其熱沉、腔鏡、熱敏電阻，兩熱沉通過雷射焊接方法與TEC製冷器焊連，透鏡組和腔鏡通過雷射焊接方法與Nd:YVO4雷射晶體的熱沉焊連。
本發明具有轉換效率高、體積小、穩定高的優點，且工藝簡單、成本低廉，適於規模化批量生產和應用。


圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是圖1中熱沉8的結構示意圖。
圖3是圖1中透鏡組4的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步說明。
一.雷射二極體泵浦的固體雷射器雷射二極體泵浦的固體雷射器是一種新型結構的DPSSL模塊，可輸出1342nm雷射，作為其它雷射器的泵浦源。其結構如圖1所示在其金屬外殼10內，設有TEC製冷器1、泵浦LD3及其熱沉2、透鏡組4、Nd:YVO4雷射晶體5及其熱沉8、腔鏡6、熱敏電阻9，兩熱沉通過雷射焊接技術與TEC製冷器1焊連。透鏡組4和腔鏡6通過雷射焊接方法與熱沉8焊連。
上述TEC製冷器1可對泵浦LD和Nd:YVO4雷射晶體5進行製冷，從而能夠保證它們正常工作。泵浦LD可採用808nm大功率單管雷射二極體，其輸出雷射時產生的大量熱量由熱沉2吸收，從而能夠保證其正常工作。
上述熱沉8的結構如圖2所示由環繞式紫銅製成，分為熱沉8-1、8-2兩部分，它們圍住Nd:YVO4雷射晶體5且分別通過螺釘19、20將其固定，同時，在兩者接觸面上均設有導熱矽脂塗層。熱沉8的作用是Nd:YVO4雷射晶體5在大功率泵浦雷射注入時會產生大量的熱量，由於Nd:YVO4熱導率較低(僅為Nd:YAG的一半)，因此需要良好的散熱裝置保證Nd:YVO4雷射晶體5工作時光學性能的穩定性，熱沉8採用熱導率很高的紫銅和環繞式設計就很好地解決了Nd:YVO4雷射晶體5的散熱問題。
透鏡組4的結構如圖3所示由兩塊主軸互相垂直的柱面鏡21、22構成，它們通過雷射焊接方式與熱沉8牢固連接。它們的主軸分別與泵浦LD3輸出雷射的主軸平行。其中柱面鏡21的主軸為x方向，用於校正雷射x軸向光斑；柱面鏡22的主軸為y方向，用於校正雷射y軸向光斑；兩者的圓柱面曲率根據具體的雷射發散角確定。透鏡組4的作用是對於泵浦LD3輸出的不對稱、大發散角的雷射光束進行整形和準直，使之均勻注入Nd:YVO4雷射晶體5。
上述泵浦LD3的泵浦源為808～810nm波長。LD Nd:YVO4雷射晶體5為雷射增益介質，在其泵浦雷射注入端面可以鍍有808～810nm增透、1330～1350nm高反光學薄膜，其結合輸出平面二向色鏡構成諧振腔，形成1342nm激射，並耦合進入單模光纖7。腔鏡6為平面鏡，鍍有1342nm部分透射光學薄膜，構成雷射諧振腔的後腔鏡；腔鏡通過雷射焊接與熱沉8牢固連接。單模光纖7耦合輸出1342nm雷射。熱敏電阻9用於監測本模塊的工作溫度；它通過紫外固化膠粘接在熱沉8的側表面。金屬密封外殼10，可維持雷射器潔淨、乾燥的工作環境。
圖1中，序號11至18為本雷射器的金屬引腳，分別是引腳1至8，或引腳P1至P8。其中通過內部引線，引腳1、2分別連接到泵浦LD3正、負極，記為LD+、LD-；引腳3、4連接到TEC製冷器1正極，記為TEC+；引腳5、6連接到TEC製冷器1負極，記為TEC-；引腳7連接到熱敏電阻9一端，記為Rt1；引腳8連接到熱敏電阻9另一端，記為Rt2。
二.雷射二極體泵浦的固體雷射器的工作過程下面，從雷射諧振腔和製冷控制兩個部分對本DPSSL模塊的工作過程進行簡要說明。
1.雷射諧振腔部分1)外部LD驅動器連接到引腳11、12，設定合適的電流驅動泵浦LD3發光；2)外部自動功率控制(APC)模塊通過監測分路器(Tap)和PIN光電探測器實時獲得與7的輸出光功率成線性關係的電壓信號。
3)APC模塊比較單模光纖7的輸出光功率轉換電壓信號和系統預先設定的標準電壓信號，通過外部調整電路實時調整LD驅動器的驅動電流當檢測信號大於設定信號時，減小驅動電流；反之增加驅動電流，使得單模光纖7的輸出光功率穩定在設定的功率水平。
2.製冷控制部分1)外部TEC驅動器通過引腳3、4、5和6驅動TEC製冷器1工作。
2)同時，外部電橋檢測電路通過引腳7、8實時檢測熱敏電阻9的阻值；當熱敏電阻9的阻值等於平衡阻值時，表示模塊溫度正好處於系統設定溫度上。
3)若檢測溫度高於設定溫度，外部TEC控制器通過增加驅動電流提高TEC製冷器1的製冷能力；反之，檢測溫度低於設定溫度，外部TEC控制器通過增加驅動電流提高TEC製冷器的製冷能力；這種閉環控制系統可以保證DPSSL工作在合適的溫度下，從而獲得穩定的1342nm雷射輸出。
權利要求
1.雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵在於所述的固體雷射器用作其它雷射器的泵浦源，輸出1342nm雷射，其結構是在其金屬外殼(10)內，設有TEC製冷器(1)、泵浦LD(3)及其熱沉(2)、透鏡組(4)、Nd:YVO4雷射晶體(5)及其熱沉(8)、腔鏡(6)、熱敏電阻(9)，兩熱沉通過雷射焊接方法與TEC製冷器(1)焊連，透鏡組(4)和腔鏡(6)通過雷射焊接方法與熱沉(8)焊連。
2.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是熱沉(8)由環繞式紫銅製成，分為熱沉(8-1)、(8-2)兩部分，它們圍住Nd:YVO4雷射晶體(5)且以螺釘固定，同時，在兩者接觸面上均設有導熱矽脂塗層。
3.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是透鏡組(4)由兩塊主軸互相垂直的柱面鏡(21)、(22)構成，其通過雷射焊接與熱沉(8)牢固連接；柱面鏡(21)、(22)的圓柱面曲率由雷射發散角確定，其主軸分別為x、y方向，且分別與泵浦LD(3)輸出雷射的主軸平行。
4.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是泵浦LD(3)的泵浦源為800～810nm波長LD。
5.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是在Nd:YVO4雷射晶體(5)的晶體入射端面即泵浦雷射注入端面鍍有800～810nm增透、1330～1350nm高反光學薄膜，其結合輸出平面二向色鏡構成諧振腔，形成1342nm激射，並耦合進入單模光纖(7)。
6.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是熱敏電阻(9)通過紫外固化膠粘接在熱沉(8)的側表面。
7.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是腔鏡(6)為平面鏡，鍍有1342nm部分透射光學薄膜，構成雷射諧振腔的後腔鏡。
8.根據權利要求1所述的雷射二極體泵浦的固體雷射器，其特徵是雷射二極體泵浦的固體雷射器設有八個金屬引腳，分別是引腳1至8，其中通過內部引線，引腳1、2分別連接到泵浦LD(3)正、負極，記為LD+、LD-；引腳3、4連接到TEC製冷器1正極，記為TEC+；引腳5、6連接到TEC製冷器1負極，記為TEC-；引腳7連接到熱敏電阻9一端，記為Rt1；引腳8連接到熱敏電阻9另一端，記為Rt2。
全文摘要
本發明是一種雷射二極體泵浦的固體雷射器，它是一種新型DPSSL模塊，在其金屬外殼(10)內，設有TEC製冷器(1)、泵浦LD(3)及其熱沉(2)、透鏡組(4)、NdYVO
文檔編號H01S3/04GK1564389SQ20041001301
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月12日 優先權日2004年4月12日
發明者劉德明, 張敏明, 王英, 胡必春 申請人:武漢華工飛騰光子科技有限公司