專利名稱：采用透鏡導管耦合的固體板條激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及全固態(tài)固體激光器件，具體涉及一種采用透鏡導管耦合的固體板條激光器，泵浦源為大功率激光二極管陣列(LD)。
背景技術：
20世紀80年代后期，隨著激光二極管技術的重大突破，固體激光器得到強勁的發(fā)展勢頭，其應用領域不斷地擴展。其中最為重要的是用激光二極管和激光二極管陣列泵浦固體激光器技術的發(fā)展，這是一種高效率、長壽命、光束質量高、結構緊湊小型化的新型固體激光器。目前在空間通訊，光纖通信，大氣研究，環(huán)境科學，醫(yī)療器械，光學圖象處理，激光打印機等高科技領域有著獨具特色的應用前景。
大功率激光二極管陣列其實是多個激光二極管在一維或二維上的規(guī)則排列，一般二維陣列為矩形。側面泵浦是指泵浦光從側面泵浦激光介質，它從泵浦光與激光介質的交疊方式區(qū)別于端面泵浦。側面泵浦可以提供較大的泵浦功率密度，可以通過增加側面泵浦激光二極管的密度或者增加泵浦長度很容易的增加泵浦功率。側面泵浦是激光介質位于激光器中間，端面鍍膜。激光二極管泵浦的固體激光器有著比氙燈泵浦的固體激光器工作穩(wěn)定、光束質量好、效率更高、重復頻率高和結構更緊湊的特點。由于激光二極管發(fā)出的光具有很大的發(fā)散角，而且單位面積上的發(fā)光強度有時不能滿足大功率固體激光器的要求，側面泵浦時，需對其進行準直和匯聚。國內主要采用透鏡組、柱透鏡組、直接泵浦等耦合方式，存在結構復雜、效率不高、泵浦不均勻等缺點。

發(fā)明內容
本實用新型為了克服上述在先技術的不足，提供一種采用透鏡導管耦合的固體板條激光器，該激光器應具有結構緊湊、耦合效率高、散熱方便、能夠獲得大功率和好的光束質量的特點。
本實用新型的技術解決方案是一種采用透鏡導管耦合的固體板條激光器，其特征在于它包括板條狀激光介質及其前后設置的前腔鏡和后腔鏡，所述的后腔鏡和前腔鏡平行放置，并與所述的板條狀激光介質的板條端面平行，在所述的板條狀激光介質的上下兩個大面設有第一激光介質冷卻熱沉和第二激光介質冷卻熱沉，在所述的板條狀激光介質的兩側面設置有第一激光二極管陣列和第二激光二極管陣列，在所述的板條狀激光介質和第一激光二極管陣列、第二激光二極管陣列之間分別是第一透鏡導管和第二透鏡導管，在所述的第一激光二極管陣列和第二激光二極管陣列外分別貼設第一激光二極管陣列冷卻熱沉和第二激光二極管陣列冷卻熱沉，所述的第一激光二極管陣列和第二激光二極管陣列發(fā)出的泵浦光分別經第一透鏡導管和第二透鏡導管整形壓縮后照射在板條狀激光介質板條的側面上。
所述的第一透鏡導管和第二透鏡導管的形狀為一扇形柱體，靠第一激光二極管陣列和第二激光二極管陣列的一面為一個柱形曲面，而靠板條狀激光介質側面的一面為一個矩形面。
所述的板條狀激光介質的上下兩個大面鍍SiO2膜，或者用光膠的方法固定兩片等面積的薄石英激光介質，以實現泵浦光在兩個大面的內全反射。
所述的板條狀激光介質的長l與寬w之比為1.5∶1～10∶1，寬w與厚d之比為10∶1～1∶1。
所述的激光介質為激光晶體或激光玻璃。
放置在激光二極管陣列冷卻熱沉上的激光二極管陣列發(fā)出的泵浦光經耦合元件透鏡導管整形壓縮后照射在板條的側面上。泵浦光在板條內經上下兩個大面全反射被板條狀激光介質吸收。透鏡導管的形狀為一扇形的柱體，激光二極管發(fā)出的泵浦光進入透鏡導管的面為一個柱形曲面，泵浦光輸出透鏡導管的面為一個矩形面。通過透鏡導管把發(fā)光面積大于板條側面積的泵浦光耦合到板條狀激光介質的側面，實現對稱的雙側泵浦。
所述的固體板條激光器為平平腔，由于泵浦功率比較高，也可以使用其他的非穩(wěn)腔，比如正支或負支非穩(wěn)腔，以便有較大的模式體積，更好的提取翻轉粒子數。
本實用新型具有以下優(yōu)點1、由于采用實心透鏡導管作為側面泵浦耦合系統(tǒng)，可以使激光器具有更大的耦合效率，提高了泵浦功率，使激光介質上的泵浦光更加均勻?？梢允辜す馄髟O計簡單，結構緊湊?？梢允褂酶嗟募す舛O管陣列，得到更高的輸出功率。
2、激光介質采用長方薄板條結構，在次大面泵浦，使得泵浦光能充分被吸收，提高了泵浦效率，在最大面使用兩個熱沉冷卻，冷卻徹底，減小了熱效應。
3、由于采用非穩(wěn)腔結構，增益介質的體積得到充分的利用，在獲得大的輸出功率的同時有著較好的光束質量。
以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步的說明。


圖1本實用新型激光器較佳實施例的整體結構的俯視圖(除去激光介質熱沉)。
圖2為本實用新型激光器較佳實施例的側視剖面圖A-A’。
圖3本本實用新型激光器較佳實施例的前視剖面圖B-B’。
具體實施方式
先請參閱由圖1、圖2和圖3，由圖可見，本實用新型采用透鏡導管耦合的固體板條激光器，包括板條狀激光介質1及其前后設置前腔鏡3和后腔鏡2，所述的后腔鏡2和前腔鏡3平行放置，并與所述的板條狀激光介質1的板條端面平行，在所述的板條狀激光介質1的上下兩個大面設有第一激光介質冷卻熱沉8和第二激光介質冷卻熱沉9，在所述的板條狀激光介質1的兩側面設置有第一激光二極管陣列6和第二激光二極管陣列7，在所述的板條狀激光介質1和第一激光二極管陣列6、第二激光二極管陣列7之間分別是第一透鏡導管4和第二透鏡導管5，在所述的第一激光二極管陣列6和第二激光二極管陣列7外分別貼設第一激光二極管陣列冷卻熱沉10和第二激光二極管陣列冷卻熱沉11，所述的第一激光二極管陣列6和第二激光二極管陣列7發(fā)出的泵浦光分別經第一透鏡導管4和第二透鏡導管5整形壓縮后照射在板條狀激光介質1板條的側面上。
所述的第一透鏡導管4和第二透鏡導管5靠第一激光二極管陣列6和第二激光二極管陣列7的一面為一個柱形曲面，而靠板條狀激光介質1側面的一面為一個矩形面，請參見圖2。
所述的板條狀激光介質)的兩個大面鍍SiO2膜，或者用光膠的方法固定兩片等面積的薄石英激光介質，以實現泵浦光在兩個大面的內全反射。
所述的板條狀激光介質1的長l與寬w之比為1.5∶1～10∶1，寬w與厚d之比為10∶1～1∶1。
所述的激光二極管陣列為二維激光二極管陣列。
通過第一透鏡導管4和第二透鏡導管5把發(fā)光面積遠大于板條狀激光介質1的板條側面積的泵浦光耦合到板條狀激光介質1的側面，實現對稱的雙側泵浦。
本實施例的固體板條激光器為平平腔，由于泵浦功率比較高，也可以使用其他的非穩(wěn)腔，比如正支或負支非穩(wěn)腔，以便有較大的模式體積，更好的提取翻轉粒子數。
下面為此實施例的具體參數激光介質1為Nd:GGG激光介質，具體尺寸為長l＝20mm、寬w＝10mm、厚d＝2mm，大面鍍SiO2膜，厚度為2-3個LD發(fā)出的泵浦光波長，側面鍍808nm的增透膜，端面鍍1064nm的增透膜。在激光介質的上下為兩塊銅熱沉，熱沉的前視和側視截面為凸字形，突起部分大小與激光介質大面相同，熱沉中間做成微通道，通水冷卻。
固定在熱沉上的兩個激光二極管陣列的發(fā)光面為矩形，每個陣列有10個bar組成，在激光器輸出激光的方向長度為16mm，發(fā)散角為30°，在垂直于激光器輸出激光的方向長度為10mm，發(fā)散角為10°，發(fā)光波長808nm。為脈沖工作方式，每組平均功率為200W。
在激光二極管陣列之間為耦合系統(tǒng)實心透鏡導管，透鏡導管經過嚴格的設計和計算機模擬，取使耦合效率最大的參數，如圖1所示，透鏡導管的形狀為端面為一扇型的柱體，激光二極管陣列發(fā)出的泵浦光進入透鏡導管的面為一個柱形曲面，曲率為12mm。此面的長寬分別為20mm和14mm，泵浦光輸出透鏡導管的面為一個矩形面，長寬分別為20mm和1.8mm，這兩個面之間的最大距離為30.3mm，理論耦合效率接近為89％，實際耦合效率也接近80％。激光二極管陣列和透鏡導管，透鏡導管和激光介質之間均盡可能接近，距離小于1mm。
前后腔鏡都為平面鏡，后腔鏡鍍對1064nm的全反射膜，反射率大于99.8％，前腔鏡為輸出鏡，鍍對1064nm的透射率為20％的透射膜。
綜上所述，本實用新型本實用新型激光器具有結構緊湊、耦合效率高、散熱效果好、激光輸出功率大和光束質量高的特點。
權利要求1.一種采用透鏡導管耦合的固體板條激光器，其特征在于它包括板條狀激光介質(1)及其前后設置前腔鏡(3)和后腔鏡(2)，后腔鏡(2)和前腔鏡(3)平行放置并與所述的板條狀激光介質(1)的端面平行，在所述的板條狀激光介質(1)的上下兩個大面設有第一激光介質冷卻熱沉(8)和第二激光介質冷卻熱沉(9)，在所述的板條狀激光介質(1)的兩側面分別設有第一激光二極管陣列(6)和第二激光二極管陣列(7)，在所述的板條狀激光介質(1)和第一激光二極管陣列(6)及第二激光二極管陣列(7)之間分別是第一透鏡導管(4)和第二透鏡導管(5)，在所述的第一激光二極管陣列(6)和第二激光二極管陣列(7)外分別貼設第一激光二極管陣列冷卻熱沉(10)和第二激光二極管陣列冷卻熱沉(11)，所述的第一激光二極管陣列(6)和第二激光二極管陣列(7)發(fā)出的泵浦光分別經第一透鏡導管(4)和第二透鏡導管(5)整形壓縮后照射在板條狀激光介質(1)板條的側面上。
2.根據權利要求1所述的固體板條激光器，其特征在于所述的第一透鏡導管(4)和第二透鏡導管(5)為扇形柱體，靠第一激光二極管陣列(6)和第二激光二極管陣列(7)的一面為一個柱形曲面，而靠板條狀激光介質(1)側面的一面為一個矩形面。
3.根據權利要求1所述的固體板條激光器，其特征在于所述的板條狀激光介質(1)的兩個大面鍍SiO2膜，或者用光膠的方法固定兩片等面積的薄石英激光介質，以實現泵浦光在兩個大面的內全反射。
4.根據權利要求1所述的固體板條激光器，其特征在于所述的板條狀激光介質(1)的長l與寬w之比為1.5∶1～10∶1，寬w與厚d之比為10∶1～1∶1。
5.根據權利要求1所述的固體板條激光器，其特征是所述的激光介質(1)為激光晶體或激光玻璃。
6.根據權利要求1至5任一項所述的固體板條激光器，其特征是所述的固體板條激光器為平平腔，或正支或負支非穩(wěn)腔。
專利摘要一種采用透鏡導管耦合的固體板條激光器。激光介質為長方體的薄片激光固體板條。采用實心透鏡導管把激光二極管陣列輸出的泵浦光耦合到激光介質上。泵浦光經透鏡導管由激光固體板條的側面進入激光固體板條，并經板條的兩個大面全反射，由板條吸收。激光固體板條由上下兩個大面使用通水熱沉散熱。激光諧振腔采用平平腔。本實用新型激光器具有結構緊湊、耦合效率高、散熱效果好、激光輸出功率大和光束質量高的特點。
文檔編號H01S3/02GK2891410SQ20062004039
公開日2007年4月18日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權日2006年3月22日
發(fā)明者陳大明, 施翔春, 郭明秀, 李勁東 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所