具有良好散熱的固體雷射器的製造方法
2023-10-17 20:59:44 1
具有良好散熱的固體雷射器的製造方法
【專利摘要】一種具有良好散熱的固體雷射器，其特徵在於：所採用的增益介質包括M形部和M形部兩翼的錐形部，該增益介質關於M形部的中心對稱，其中M形部包括了四個臂，從左到右分別為第一臂(22)，第二臂(23)，第三臂(24)，第四臂(25)，這四個臂組合成M形，任意兩個臂之間的夾角都相等，並且該角度處於20到60度之間。
【專利說明】具有良好散熱的固體雷射器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種雷射器，主要涉及一種固體雷射器，屬於光電子【技術領域】。
【背景技術】
[0002]固體雷射器是目前非常常用的雷射器，並且很多固體雷射器都是高功率的雷射器，對於高功率的雷射器來說，其在工作時所產生的熱量是非常大的，熱量產生的原因主要是由於泵浦光的利用不充分以及散熱器較差的散熱能力。現有技術中的大功率的固體雷射器在面對這種問題的時候往往是採用間歇性的工作方式，也即如果發生了散熱不及時導致超溫情況的發生，此時就停止雷射器的工作。這給日常的科研和學習工作造成了很大的不變，針對於此，我們提出了本實用新型。
實用新型內容
[0003]本實用新型為了解決上述問題，從兩方面出發，一方面是在增加增益介質長度的同時增大增益介質的散熱面積，並採用了新的水冷散熱方式；另外一方面就是充分提高泵浦光的利用，使儘可能多的泵浦光轉化為雷射，從而可以在得到高功率雷射器的同時獲得良好的散熱，並儘可能的節省能源。
[0004]根據本實用新型的一實施例，提供了一種具有良好散熱的固體雷射器，其特徵在於:所採用的增益介質包括M形部和M形部兩翼的錐形部，該增益介質關於M形部的中心對稱，其中M形部包括了四個臂，從左到右分別為第一臂(22)，第二臂(23)，第三臂(24)，第四臂(25)，這四個臂組合成M形，任意兩個臂之間的夾角都相等，並且該角度處於20到60度之間，其中第一臂和第二臂所形成夾角的上表面被切割成具有一定長度的平面，該平面的長度以能夠進行正常光反射即可，而第二臂和第三臂所形成的夾角的下表面以及第三臂和第四臂之間所形成夾角的上表面也被切割成具有一定長度的平面，這兩個平面所滿足的條件也是以能夠進行正常光反射即可，兩個錐形部分別與第一臂和第四臂連接並且分別從第一臂和第四臂向外延伸，兩個錐形部與第一臂和第四臂相交處的高度小於第一臂和第四臂末端的高度，從而使得第一臂和第四臂各自具有一部分裸露在外，並且錐形部的上表面和第一臂以及第四臂端面都是傾斜的，從而在第一臂的端面與第一錐形部(21)的上表面之間形成一個夾角，在第四臂的端面與第二錐形部(26)的上表面之間形成一個夾角，該夾角滿足的條件為:當水平的光線照射到錐形部的上表面上被反射之後能夠以垂直於第一臂或第四臂的裸露端面的方式入射到所述第一臂或第四臂內，並且在增益介質內部被各臂之間所切割出的平面反射之後以垂直於第四臂或第一臂端面的形式出射，出射之後入射到錐形部的上表面，然後被錐形部的上表面以水平的方向反射出去。
[0005]根據本實用新型的另外一實施例，所述的增益介質置於由輸出鏡和全反射鏡之間的諧振腔內，沿光路設置依次為全反射鏡，45度傾斜設置偏振鏡，四分之一波片，所述增益介質，輸出鏡，其中在偏振鏡的另外一側設置有泵浦裝置，並且，在所述第一臂的裸露的端面上鍍有泵浦光全反射膜和增益介質諧振光的部分反射膜，在第四臂的裸露端面上鍍有泵浦光和增益介質諧振光的增透膜。
[0006]根據本實用新型的另外一實施例，所述泵浦裝置包括雷射二極體陣列，縮束裝置，準直裝置以及偏振器，其中縮束裝置用於將雷射二極體陣列發出的光束進行縮束以改變成小直徑高能量的光束，該被縮束後的光束經過準直裝置準直之後入射到偏振器上，經過偏振器的作用之後變成線偏振的泵浦光束，其中縮束裝置縮束之後所產生的光束的直徑是有要求的，該縮束之後的光束的直徑應當為增益介質內所產生的雷射的光束直徑的2-4倍之間，泵浦光束由第四臂裸露的端面入射到增益介質內並且與增益介質內諧振雷射同光路。
[0007]根據本實用新型的另外一實施例，所述的增益介質外部纏繞有水冷散熱管，該散熱管具有一定柔性，截面為矩形，其內部具有多根平行的散熱翅片，一方面是為了增加散熱面積，另外一方面則對於散熱管的外部起到支撐作用，冷卻水在散熱管內不斷的流動，會及時的將散熱管內的熱量帶走，散熱管依據增益介質的形狀緊密纏繞在增益介質的外部，在纏繞時使用矽膠將散熱管與增益介質緊緊結合在一起，從而能夠使得增益介質所產生的熱量及時傳送到散熱管上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]附圖1是本實用新型的M形增益介質的示意圖；
[0009]附圖2是本實用新型固體雷射器的示意圖；
[0010]附圖3是本實用新型的泵浦源的示意圖；
[0011]附圖4是圖2中A處的局部放大圖；
[0012]附圖5是本實用新型所採用的散熱管。
[0013]在上述的附圖中，I表示輸出鏡，2表示增益介質，3表示全反射鏡，4表示泵浦裝置，5表不四分之一波片，21和26表不增益介質兩翼的錐形部,22，23, 24, 25分別表不增益介質中間M形部的四個臂，41表示雷射二極體陣列，42表示縮束裝置，43表示準直器，6表不增益介質內所產生的雷射，7表不泵浦光,251表不的是臂25的端面,261表不的是錐形部26的上表面，。
【具體實施方式】
[0014]下面首先在結合附圖1的基礎上來說明本實用新型所採用的增益介質，如圖1所示，本實用新型所採用的增益介質大致為一個紙鳶形，其包括中間的M形部和兩翼的錐形部。該增益介質關於M形部的中心對稱，其中M形部包括了四個臂，也即22-25，這四個臂組合成M形，任意兩個臂之間的夾角都相等，並且該角度處於20到60度之間，優選為30-50度，這四個臂從左到右為第一臂22，第二臂23，第三臂24，第四臂25，其中第一臂和第二臂所形成夾角的上表面被切割成具有一定長度的平面，該平面的長度以能夠進行正常光反射即可，其長度可取lcm-5cm之間，當然，如果條件允許的話，可將該平面做得更長，而第二臂和第三臂所形成的夾角的下表面以及第三臂和第四臂之間所形成夾角的上表面也被切割成具有一定長度的平面，這兩個平面所滿足的條件也是以能夠進行正常光反射即可，其長度可取lcm-5cm之間，當然，如果條件允許的話，可將該平面做得更長，兩個錐形部分別與第一臂和第四臂連接並且分別從第一臂和第四臂向外延伸，兩個錐形部與第一臂和第四臂相交處的高度小於第一臂和第四臂末端的高度，從而使得第一臂和第四臂各自具有一部分裸露在外，並且在錐形部的上表面和第一臂以及第四臂端面都是傾斜的，從而在第一臂的端面與第一錐形部21的上表面之間形成一個夾角，在第四臂的端面與第二錐形部26的上表面之間形成一個夾角，該夾角滿足的條件為:當水平的光線照射到錐形部的上表面上被反射之後能夠以垂直於第一臂或第四臂的裸露端面的方式入射到所述第一臂或第四臂內，並且在增益介質內部被各臂之間的平面反射之後以垂直於第四臂或第一臂端面的形式出射。例如，當水平的光線由右側入射時，該水平光線被第二錐形部的上表面反射之後，以垂直的方式入射到第四臂內，然後被第四臂和第三臂夾角上部的平面反射之後接著被第三臂和第二臂夾角下部的平面以及被第二臂和第一臂夾角上部的平面反射之後，以垂直於第一臂的裸露端面的方式出射，併入射到第一錐形部的上表面，然後以水平的方向反射出去。
[0015]下面在結合附圖2的基礎上來說明本實用新型的高功率的固體雷射器，將圖1的增益介質置於由輸出鏡和全反射鏡3之間的諧振腔內，沿光路設置依次為全反射鏡3，45度傾斜設置偏振鏡，四分之一波片，增益介質，輸出鏡，其中在偏振鏡的另外一側設置有泵浦裝置。並且，在輸出鏡一側增益介質最外側臂(在圖2中即為第一臂)的裸露的端面上鍍有泵浦光全反射膜和增益介質諧振光的部分反射膜，在相對側的最外側臂的裸露端面上鍍有泵浦光和增益介質諧振光的增透膜。
[0016]下面結合附圖3來說明本實用新型所採用的泵浦裝置，該泵浦裝置包括雷射二極體陣列41，縮束裝置42，準直裝置43以及偏振器44，其中縮束裝置用於將雷射二極體陣列41發出的光束進行縮束以改變成小直徑高能量的光束，該被縮束後的光束經過準直裝置43準直之後入射到偏振器44上，經過偏振器的作用之後變成線偏振的泵浦光束。其中縮束裝置縮束之後所產生的光束的直徑是有要求的，該縮束之後的光束的直徑應當為增益介質內所產生的雷射的光束直徑的2-4倍之間，在圖4中可以看出，6表示增益介質產生的雷射束，7表示泵浦光束，泵浦光束由第四臂裸露的端面入射到增益介質內並且與增益介質內諧振雷射同光路。
[0017]圖5示出了纏繞在增益介質外部的水冷散熱管示意圖，該散熱管為柔性的，截面為矩形，其內部具有多根平行的散熱翅片，一方面是為了增加散熱面積，另外一方面則對於散熱管的外部起到支撐作用，冷卻水在散熱管內不斷的流動，會及時的將散熱管內的熱量帶走，散熱管依據增益介質的形狀緊密纏繞在增益介質的外部，在纏繞時使用矽膠將散熱管與增益介質緊緊結合在一起，從而能夠使得增益介質所產生的熱量及時傳送到散熱管上。
[0018]採用本實用新型的固體雷射器，由於採用了 M形的增益介質，增益介質的散熱面積得到極大的增強，同時，由於在M形增益介質的兩翼具有較小的錐形部，從而可使得泵浦光能夠與增益介質的雷射同光路進行耦合，不僅使得泵浦光的利用效率得到了極大提高，還降低了熱量的產生，同時由於偏振鏡及四分之一波片，使得泵浦光局限在了增益介質內部，不會溢流出來，再一次提高了泵浦光的利用效果，最後，由於使用了內部具有散熱翅片的水冷管，使得散熱效率得到提高，可很好的滿足大功率雷射器各種要求。
【權利要求】
1.一種具有良好散熱的固體雷射器，其特徵在於:所採用的增益介質包括M形部和M形部兩翼的錐形部，該增益介質關於M形部的中心對稱，其中M形部包括了四個臂，從左到右分別為第一臂(22)，第二臂(23)，第三臂(24)，第四臂(25)，這四個臂組合成M形，任意兩個臂之間的夾角都相等，並且該角度處於20到60度之間，其中第一臂和第二臂所形成夾角的上表面被切割成具有一定長度的平面，該平面的長度以能夠進行正常光反射即可，而第二臂和第三臂所形成的夾角的下表面以及第三臂和第四臂之間所形成夾角的上表面也被切割成具有一定長度的平面，這兩個平面所滿足的條件也是以能夠進行正常光反射即可，兩個錐形部分別與第一臂和第四臂連接並且分別從第一臂和第四臂向外延伸，兩個錐形部與第一臂和第四臂相交處的高度小於第一臂和第四臂末端的高度，從而使得第一臂和第四臂各自具有一部分裸露在外，並且錐形部的上表面和第一臂以及第四臂端面都是傾斜的，從而在第一臂的端面與第一錐形部(21)的上表面之間形成一個夾角，在第四臂的端面與第二錐形部(26)的上表面之間形成一個夾角，該夾角滿足的條件為:當水平的光線照射到錐形部的上表面上被反射之後能夠以垂直於第一臂或第四臂的裸露端面的方式入射到所述第一臂或第四臂內，並且在增益介質內部被各臂之間所切割出的平面反射之後以垂直於第四臂或第一臂端面的形式出射，出射之後入射到錐形部的上表面，然後被錐形部的上表面以水平的方向反射出去。
2.根據權利要求1所述的雷射器，其特徵在於:所述的增益介質置於由輸出鏡和全反射鏡之間的諧振腔內，沿光路設置依次為全反射鏡，45度傾斜設置偏振鏡，四分之一波片，所述增益介質，輸出鏡，其中在偏振鏡的另外一側設置有泵浦裝置，並且，在所述第一臂的裸露的端面上鍍有泵浦光全反射膜和增益介質諧振光的部分反射膜，在第四臂的裸露端面上鍍有泵浦光和增益介質諧振光的增透膜。
3.根據權利要求2所述的雷射器，其特徵在於:所述泵浦裝置包括雷射二極體陣列，縮束裝置，準直裝置以及偏振器，其中縮束裝置用於將雷射二極體陣列發出的光束進行縮束以改變成小直徑高能量的光束，該被縮束後的光束經過準直裝置準直之後入射到偏振器上，經過偏振器的作用之後變成線偏振的泵浦光束，其中縮束裝置縮束之後所產生的光束的直徑是有要求的，該縮束之後的光束的直徑應當為增益介質內所產生的雷射的光束直徑的2-4倍之間，泵浦光束由第四臂裸露的端面入射到增益介質內並且與增益介質內諧振雷射同光路。
4.根據權利要求3所述的雷射器，其特徵在於:所述的增益介質外部纏繞有水冷散熱管，該散熱管具有一定柔性，截面為矩形，其內部具有多根平行的散熱翅片，一方面是為了增加散熱面積，另外一方面則對於散熱管的外部起到支撐作用，冷卻水在散熱管內不斷的流動，會及時的將散熱管內的熱量帶走，散熱管依據增益介質的形狀緊密纏繞在增益介質的外部，在纏繞時使用矽膠將散熱管與增益介質緊緊結合在一起，從而能夠使得增益介質所產生的熱量及時傳送到散熱管上。
【文檔編號】H01S3/08GK203826760SQ201420186106
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】張曉宏 申請人:華北電力大學（保定）