專利名稱：二極管泵浦板條固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種二極管泵浦板條固體激光器，屬于固體激光器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
板條激光器是目前獲得高功率、高光束質(zhì)量激光輸出的一種重要方式。根據(jù)不同 的泵浦方式，板條激光器分為端面泵浦、側(cè)面泵浦和大面泵浦三種結(jié)構(gòu)。針對板條形增益介 質(zhì)的幾何形狀特點(厚度遠小于其他兩個方向的尺寸)，采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(zhuǎn)移廢熱，從而實現(xiàn)高功率的激光輸出。為實現(xiàn)通光面 和冷卻面的分離，多采用端面或側(cè)邊泵浦方式。但是端面和側(cè)邊的面積較小，不利于高泵浦 光功率的注入，同時由于增益介質(zhì)對泵浦光的指數(shù)吸收使，導(dǎo)致增益介質(zhì)端面附近的熱效 應(yīng)比較嚴重，也不利于激光器的功率升級。另一方面，對于大面泵浦的板條激光器件，一般采用水冷，即泵浦面同時通水，對 激光增益介質(zhì)進行冷卻。這不僅使得器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且長時間運行容易造成泵浦面的污 染，從而降低器件的效率和壽命。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了提出一種二極管大面泵浦的傳導(dǎo)冷卻的板條激光器。該 激光器結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)中高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本實用新型提出的一種二極管泵浦板條固體激光器，包括增益模塊、輸入鏡和輸 出鏡。其中，增益模塊包括由多個激光二極管構(gòu)成的二極管列陣、聚焦鏡、聚光罩、板條形增 益介質(zhì)和熱沉。其中，聚光罩的上端設(shè)置有進光口，并罩住所述板條形增益介質(zhì)的一個大表 面；板條形增益介質(zhì)的另一個大表面與熱沉緊密連接，板條形增益介質(zhì)的一組相對側(cè)表面 被拋光并鍍有增透膜，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于板 條增益模塊的兩側(cè)，且與板條形增益介質(zhì)上鍍有增透膜的兩個側(cè)表面相對，構(gòu)成諧振腔。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，二極管陣列發(fā)出的泵浦光經(jīng)由聚焦鏡聚焦后，通過聚光罩上端的 進光口進入聚光罩與板條形增益介質(zhì)組成的聚光腔，并進入板條形增益介質(zhì)，將板條形增 益介質(zhì)中激活離子激發(fā)到上能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)增益大于損耗時，在輸入鏡和輸出鏡 之間形成振蕩激光并從輸出鏡一側(cè)輸出。并且，可以使往返通過增益介質(zhì)后仍未被吸收的 泵浦光，通過聚光罩的反射再次進入到增益介質(zhì)內(nèi)，提高泵浦光的利用率，并降低由于未被 吸收的泵浦光返回到激光二極管導(dǎo)致激光二極管損壞的概率。其中，所述聚焦鏡為柱面透鏡、柱面透鏡組或凹柱面鏡，用于將二極管列陣發(fā)出的 泵浦光匯聚到聚光腔內(nèi)。所述聚光罩可以為拱形、矩形等形狀。所述板條形增益介質(zhì)的下表面與熱沉連接方式采用金屬封接或光膠粘接。所述板條形增益介質(zhì)為激光晶體或激光陶瓷，厚度為0. 5 3mm，寬度為10 100mm，長度為 10 100mm。熱沉還與風(fēng)冷裝置、循環(huán)水冷裝置或半導(dǎo)體制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(zhì)所 在的平面構(gòu)成正支共焦非穩(wěn)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(zhì)所在的平面構(gòu)成 負支共焦非穩(wěn)腔。有益效果本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，采用板條形增益介質(zhì)的一個大面作為冷卻面，該大面熱傳 導(dǎo)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(zhì)熱效應(yīng) 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(jié)合諧振腔鏡可構(gòu)成激光振 蕩器和放大器，可以實現(xiàn)中高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。而且，由于未采用冷卻液直接冷卻增益介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所以對密封性要求不高，結(jié)構(gòu) 的復(fù)雜性大大降低，可以較好的應(yīng)用在輸出功率要求不太高(例如，數(shù)十瓦級至千瓦級)的 場合，節(jié)約成本，效果也能保證。

圖1為實施例1中二極管泵浦板條固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例2中二極管泵浦板條固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例3中二極管泵浦板條固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實施例1中二極管泵浦板條固體激光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中二極管泵浦板條固體激光器的增益模塊的部分剖面 示意圖；圖6為組成二極管泵浦正支混合腔板條激光振蕩器的諧振腔結(jié)構(gòu)圖；圖7為組成二極管泵浦負支混合腔板條激光振蕩器的諧振腔結(jié)構(gòu)圖；圖8為組成二極管泵浦平-凹穩(wěn)定腔板條激光振蕩器的諧振腔結(jié)構(gòu)圖；圖9為組成二極管泵浦板條混合腔激光放大器的諧振腔結(jié)構(gòu)圖；圖中，1- 二極管列陣，2-聚焦鏡，3-聚光罩，5-板條形增益介質(zhì)，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(jié)合附圖和實施例對本實用新型中的內(nèi)容做進一步說明。實施例1參照圖1和圖4，二極管泵浦板條固體激光器包括增益模塊、輸入鏡7和輸出鏡8。 增益模塊包括由多個激光二極管構(gòu)成的二極管列陣1、聚焦鏡2、聚光罩3、板條形增益介質(zhì) 5和熱沉6。板條形增益介質(zhì)5的一組相對的側(cè)表面被拋光并鍍有對振蕩激光或放大光的增 透膜，作為激光或被放大光的通光面。板條形增益介質(zhì)5的下表面鍍金，并與熱沉6封接， 聚光罩3放置在板條形增益介質(zhì)5上表面，如圖4所示，使往返通過增益介質(zhì)后仍未被吸收 的泵浦光，通過聚光罩反射后再次進入到增益介質(zhì)內(nèi)，提高泵浦光的利用率，并防止由于未 被吸收的泵浦光返回到激光二極管導(dǎo)致激光二極管損壞，聚光罩3上端加工有進光口。輸入鏡7和輸出鏡8位于板條增益模塊的兩側(cè)，且與板條形增益介質(zhì)5上鍍有增透膜的兩個 側(cè)表面相對，構(gòu)成諧振腔。熱沉6與循環(huán)水冷裝置相連。聚焦鏡2選用平-凸柱面透鏡。二極管陣列1發(fā)出的泵浦光經(jīng)由聚焦鏡2聚焦后，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(zhì)5組成的聚光腔，并進入板條形增益介質(zhì)5，將板條形增益介 質(zhì)5中激活離子激發(fā)到上能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)增益大于損耗時，在輸入鏡7和輸出鏡 8之間形成振蕩激光并從輸出鏡一側(cè)輸出。實施例2參照圖2，其他結(jié)構(gòu)的連接關(guān)系同實施例1，聚光罩3罩在板條形增益介質(zhì)5外并 放置在熱沉6上，且聚光罩3下端的板條形增益介質(zhì)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(jié)構(gòu)的連接關(guān)系同實施例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(zhì)5外并放置在熱沉6上，且聚光罩3下端的板條形增益介質(zhì)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(guān)系為例，選取不同的板條形增益介質(zhì)5、輸入鏡7和輸出 鏡8組成二極管泵浦板條固體激光器的激光振蕩器或激光放大器，以驗證其振蕩或放大效果。板條形增益介質(zhì)5采用尺寸為50mmX200mmXl. 5mm的激光晶體；輸入鏡7選用凹 球面鏡，曲率半徑為600mm，結(jié)構(gòu)如圖6所示；輸出鏡8選用凸柱面鏡，曲率半徑為_400mm ； 組成二極管泵浦正支混合腔板條激光振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖6所示；注入泵浦功率3500瓦，可獲 得1100瓦激光輸出；光束質(zhì)量M2因子優(yōu)于10。板條形增益介質(zhì)5采用尺寸為IOOmmX IOOmmX 3mm的激光晶體；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 ；組成二極管泵浦 正支混合腔板條激光振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖6所示；注入泵浦功率3000瓦，可獲得1000瓦激光 輸出；光束質(zhì)量M2因子優(yōu)于20。板條形增益介質(zhì)5采用尺寸為IOmmX40mmX0. 6mm的激光晶體；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 ；組成二極管泵浦負 支混合腔板條激光振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖7所示；注入泵浦功率850瓦，可獲得300瓦激光輸出； 光束質(zhì)量M2因子優(yōu)于2。板條形增益介質(zhì)5采用尺寸為40mmX 15mmX Imm的激光晶體；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 ；組成二極管泵浦負支 混合腔板條激光振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖7所示；注入泵浦功率1000瓦，可獲得350瓦激光輸出； 光束質(zhì)量M2因子優(yōu)于5。板條形增益介質(zhì)5采用尺寸為60mmXSOmmX 2mm的激光陶瓷；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，對振蕩激光的透過率T = 25%;組成二極管 泵浦平-凹穩(wěn)定腔板條激光振蕩器；輸入鏡7和輸出鏡8之間的距離為100mm，結(jié)構(gòu)如圖8 所示；注入泵浦功率2000瓦，可獲得800瓦激光輸出。板條形增益介質(zhì)5采用尺寸為IOOmmX IOOmmX 2mm的激光晶體；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 ；組成二極管泵浦 板條混合腔激光放大器，結(jié)構(gòu)如圖9所示；種子光9從板條形增益介質(zhì)5的一端入射，在輸入鏡7和輸出鏡8之間構(gòu)成的諧振腔內(nèi)反復(fù)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(shù)方案和有益效果進行了進一 步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限定本 實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改 進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于包括增益模塊、輸入鏡和輸出鏡，其中，所述增益模塊包括由多個激光二極管構(gòu)成的二極管列陣、聚焦鏡、聚光罩、板條形增益 介質(zhì)和熱沉，其中，所述聚光罩的上端設(shè)置有進光口，并罩住所述板條形增益介質(zhì)的一個大 表面；所述板條形增益介質(zhì)的另一個大表面與熱沉緊密連接，所述板條形增益介質(zhì)的一組 相對側(cè)表面被拋光并鍍有增透膜，作為振蕩光或被放大光的通光面；所述輸入鏡和所述輸 出鏡分別位于所述板條增益模塊的兩側(cè)，且與所述板條形增益介質(zhì)上鍍有增透膜的兩個側(cè) 表面相對，構(gòu)成諧振腔，其中，二極管陣列發(fā)出的泵浦光經(jīng)由聚焦鏡聚焦后，通過聚光罩上端的進光口進入聚光罩與 板條形增益介質(zhì)組成的聚光腔，并進入板條形增益介質(zhì)，將板條形增益介質(zhì)中激活離子激 發(fā)到上能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)增益大于損耗時，在輸入鏡和輸出鏡之間形成振蕩激光并 從輸出鏡一側(cè)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于所述聚焦鏡為柱 面透鏡、柱面透鏡組或凹柱面鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于所述板條形增益 介質(zhì)的下表面與熱沉連接方式采用金屬封接或光膠粘接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于所述板條形增益 介質(zhì)為激光晶體或激光陶瓷，厚度為0. 5 3mm，寬度為10 100mm，長度為10 100mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于所述熱沉與風(fēng)冷 裝置、循環(huán)水冷裝置或半導(dǎo)體制冷器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于所述輸入鏡為凹 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(zhì)所在的平面構(gòu)成正支共焦非穩(wěn)腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管泵浦板條固體激光器，其特征在于所述輸入鏡為凹 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(zhì)所在的平面 構(gòu)成負支共焦非穩(wěn)腔。
專利摘要本實用新型涉及一種二極管泵浦板條固體激光器，包括增益模塊、輸入鏡和輸出鏡。增益模塊包括由多個激光二極管構(gòu)成的二極管列陣、聚焦鏡、聚光罩、板條形增益介質(zhì)和熱沉。聚光罩的上端設(shè)置有進光口，并罩住板條形增益介質(zhì)的一個大表面；板條形增益介質(zhì)的另一個大表面與熱沉緊密連接，板條形增益介質(zhì)的一組相對側(cè)表面被拋光并鍍有增透膜，作為振蕩光或被放大光的通光面；輸入鏡和輸出鏡分別位于板條增益模塊的兩側(cè)，且與板條形增益介質(zhì)上鍍有增透膜的兩個側(cè)表面相對，構(gòu)成諧振腔。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)中高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出，可以較好的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者崔麗, 張恒利, 徐瀏, 辛建國 申請人:北京理工大學(xué)