改善非平面環形腔雷射器輸出光束對稱性的裝置的製作方法

2024-01-28 23:00:15

專利名稱：改善非平面環形腔雷射器輸出光束對稱性的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射器技術領域，具體涉及一種改善非平面環形腔雷射器輸出光束對稱性的裝置。
背景技術：
全固態雷射器(DPSSL, Diode Pumped Solid State Laser)是指以半導體雷射器(LD)作為泵浦源的固體雷射器，相對於只要求工作物質為固體雷射材料的傳統固體雷射器，DPSSL的雷射工作物質、激勵源等部分均由固體物質構成，它集中了傳統固體雷射器和半導體雷射器的優勢於一身，同時又便於模塊化和電激勵，因此已成為雷射技術的重要發展方向，是目前最具潛力的新一代雷射源之一。由於大部分泵浦光會轉化成熱量，而沉積在雷射介質中，所以需要在雷射介質周 圍包裹熱導率較高的介質進行散熱，以降低熱效應對雷射器性能的影響，通常稱這種散熱介質為熱沉。現有的非平面環形腔雷射器(Nonplanar ring oscillator)通常採用Nd:YAG等固體雷射介質作為雷射晶體，並將整個晶體加工成一個具有三個光學內全反射面及一個輸出和輸入耦合面的八面體晶體塊，整個晶體塊即是雷射諧振腔。在施加一定磁場後，該晶體不僅作為雷射增益介質，同時也兼作法拉第旋光器；三個內全反射面既是環形雷射諧振腔反射鏡，也是相位補償波片；前表面鍍特殊偏振膜後，既為輸入輸出耦合面，同時兼做部分偏振器。由於晶體的磁致旋光性，內全反射的相位延遲性和耦合膜系的部分偏振性使它構成為特別穩定的具有光學單向器特徵的雷射諧振腔，可消除增益空間燒孔，保證單縱模輸出。該器件具有結構簡單穩固、頻率及功率的噪聲小、線寬窄、調節容易、單頻輸出功率相對較高的優點。非平面環形腔雷射器通常採用端面泵浦，利用雷射介質上下兩個大面和左右兩個側面與熱沉接觸的方式散熱。雷射介質對泵浦光的吸收長度不超過4mm，其熱量主要集中在泵浦光通過的4_區域內。由於雷射介質的厚度小於寬度，所以雷射介質厚度方向的溫度梯度要比寬度方向的溫度梯度大很多，導致厚度方向的熱焦距要比寬度方向的熱焦距小，這種熱焦距在兩個方向上的不對稱造成了輸出橢圓光斑光束，影響了非平面環形腔雷射器在一些方面的實際應用。

發明內容
為了克服非平面環形腔雷射器現有散熱方式的不足，本發明提供一種改善非平面環形腔雷射器輸出光束對稱性的裝置，該裝置可保障非平面環形腔雷射器輸出光斑成圓形。本發明的技術解決方案如下一種改善非平面環形腔雷射器輸出光束對稱性的裝置，非平面環形腔雷射器包含雷射介質、上熱沉和下熱沉，所述上熱沉和下熱沉夾持在所述雷射介質上下兩個大面和左右兩個側面上，其特點是在所述的上熱沉和下熱沉與所述的雷射介質上下兩個大面相貼合的面上沿泵浦雷射輸入方向都設有相對的凹槽，該凹槽的中心位置與泵浦光的中心位置相同，該凹槽的長度為5-8mm,寬度為Imm,深度為1.5mm。本發明的有益效果是，通過在泵浦方向設置凹槽，使處於泵浦區域的雷射介質與熱沉絕緣，熱量只能從凹槽兩邊進行散熱，等效效果為增加了厚度方向的散熱長度，目的是使雷射介質在上下、左右兩個方向上的散熱近似對稱，從而獲得對稱的熱焦距，最終實現對稱的雷射輸出，且成本低廉，結構簡單，易於實現。



圖1是本發明非平面環形腔雷射介質的泵浦和輸出光路圖。圖2是本發明改善非平面環形腔雷射器輸出對稱性裝置的結構示意圖。圖3是圖2中熱沉的分解圖。圖4是本發明所述非平面環形腔雷射介質厚度方向熱量的流向圖。圖中1 一雷射介質，2 —上熱沉,3 —下熱沉,4 一凹槽,5 —泵浦光,6 —輸出雷射。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖2所示，本發明改善非平面環形腔雷射器輸出對稱性裝置，包括非平面環形腔雷射介質I (參見圖1)和熱沉，其中熱沉分為上熱沉2和下熱沉3兩部分，夾持在雷射介質I上下兩個大面和左右兩個側面上。在本實施例中，雷射介質I的長、寬、高分別為8mm、11mm、3mm，2W的泵浦光以45°角從雷射介質I的前表面中心入射，在雷射介質I中沿著折射角傳輸，如圖1所示。在泵浦光的折射方向上，雷射介質I吸收泵浦光，泵浦區域集中在雷射介質I中心的圓形區域，如圖4所示，其中一部分轉化為熱成為熱源，當不存在凹槽裝置4時，熱量在厚度方向直接通過圖4的細箭頭方向傳輸，傳輸長度遠小於左右方向，造成了兩個方向上的溫度梯度不相等，使得輸出雷射呈橢圓形。為了使兩個方向的溫度梯度相等，沿著泵浦光的方向在上熱沉2和下熱沉3中挖出凹槽4，如圖3所示，形成空氣絕熱槽，其方向與泵浦光方向一致，在這種情況下，熱量在上下方向通過圖4的粗箭頭方向傳輸，等效為增加了厚度方向的散熱長度。凹槽4的中心位置與雷射介質I的中心位置相同，且其長度、寬度、深度尺寸分別為5mm、1_、1. 5_時，上下、左右兩個方向的溫度梯度近似相等，能夠有效地改善非平面環形腔雷射器輸出雷射的對稱性。當圖1所示的雷射介質I的長度尺寸為13_，而其他初始條件不變時，凹槽4的長度尺寸變成8_，寬度、深度、位置參數不變，同樣可以有效地改善非平面環形腔雷射器輸出雷射的對稱性。
權利要求
1. 一種改善非平面環形腔雷射器輸出光束對稱性的裝置，非平面環形腔雷射器包含雷射介質(I)、上熱沉(2)和下熱沉(3)，所述上熱沉(2)和下熱沉(3)夾持在所述雷射介質(I)上下兩個大面和左右兩個側面上，其特徵是在所述的上熱沉(2 )和下熱沉(3 )與所述的雷射介質(I)上下兩個大面相貼合的面上沿泵浦雷射輸入方向都設有相對的凹槽(4)，該凹槽(4)的中心位置與泵浦光(5)的中心位置相同，該凹槽(4)的長度為5-8mm，寬度為1mm，深度為1. 5_。
全文摘要
一種能夠改善非平面環形腔雷射器輸出雷射對稱性的裝置，包括雷射介質和特殊設計的熱沉，雷射介質為八面體的非平面環形腔，熱沉分為上下兩個部分，夾持並與雷射介質上下兩個大面和左右兩個側面接觸，在熱沉上沿雷射介質中泵浦光的傳播方向上設有凹槽結構，凹槽設計為空氣絕熱槽，使得熱量通過雷射介質與熱沉接觸的其它部位導出，通過設置合適的凹槽位置、寬度和深度參數，使得雷射介質上下、左右兩個方向的溫度梯度接近對稱分布，從而獲得對稱的雷射輸出。本發明成本低廉，結構簡單，易於實現，可以有效解決非平面環形腔雷射器輸出雷射不對稱的問題。
文檔編號H01S3/042GK103022859SQ20121056369
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者馮滔, 張雪潔, 任志遠, 彭宇傑, 朱健強 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所