梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器的制造方法
【專利摘要】一種梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器，包括第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條、第一激光二極管陣列、第二激光二極管陣列、第一梯形波導(dǎo)、第二梯形波導(dǎo)、第一激光二極管陣列冷卻熱沉、第二激光二極管陣列冷卻熱沉、第一板條冷卻熱沉、第二板條冷卻熱沉、偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡，本發(fā)明激光放大器具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高、散熱方便、光光轉(zhuǎn)換效率高、能夠獲得大功率輸出和光束質(zhì)量好的特點(diǎn)。
【專利說明】梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全固態(tài)固體激光器件，特別是一種梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光二極管技術(shù)的重大突破，激光二極管已被替代閃光燈泵浦固體激光器。激光二極管比寬帶閃光燈更能提供與激光增益介質(zhì)的吸收峰值更接近的匹配，提高了激光器的效率，降低了熱效應(yīng)?；谏鲜鰞?yōu)勢(shì)，高效率、長(zhǎng)壽命、光束質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)緊湊小型化的新型全固態(tài)激光器目前在工業(yè)軍事高科技領(lǐng)域有著獨(dú)具特色的應(yīng)用前景。
[0003]大功率激光二極管陣列是多個(gè)激光二極管在一維或者二維的規(guī)則排列，一般二維陣列為矩形。側(cè)面泵浦是指泵浦光從側(cè)面泵浦激光晶體。側(cè)面泵浦可以通過增加激光二極管的密度提供較大的泵浦功率密度。由于激光二極管發(fā)出的光具有很大的發(fā)散角，側(cè)面泵浦時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)主要采用透鏡組、柱透鏡組、直接泵浦等耦合方式，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、泵浦不均勻等缺點(diǎn)。同時(shí)，由于某些晶體對(duì)于特定波長(zhǎng)的泵浦光吸收效率不高，激光晶體寬度有限等原因造成了泵浦光的吸收不充分，導(dǎo)致激光器的效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服上述先前技術(shù)的不足，提供一種梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器，該激光放大器具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高、散熱方便、光光轉(zhuǎn)換效率高、能夠獲得大功率輸出和光束質(zhì)量好的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明技術(shù)解決方案是:
[0006]一種梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條、第一激光二極管陣列、第二激光二極管陣列、第一梯形波導(dǎo)、第二梯形波導(dǎo)、第一激光二極管陣列冷卻熱沉、第二激光二極管陣列冷卻熱沉、第一板條冷卻熱沉、第二板條冷卻熱沉、偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡，所述的第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條為長(zhǎng)方體的激光固體板條，在所述的第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條的上下面分別為第一板條冷卻熱沉、第二板條冷卻熱沉，在所述的第一激光介質(zhì)板條和第二激光介質(zhì)板條的外側(cè)面分別是第一梯形波導(dǎo)和第二梯形波導(dǎo)，在第一梯形波導(dǎo)外側(cè)依次是第一激光二極管陣列和第一激光二極管陣列冷卻熱沉，放置在第二梯形波導(dǎo)外側(cè)依次是第二激光二極管陣列和第二激光二極管陣列冷卻熱沉，在所述的第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條的同一端設(shè)置所述的偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡，信號(hào)光經(jīng)第一激光介質(zhì)板條輸入，通過所述的偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡后將所述的信號(hào)光旋轉(zhuǎn)180度，經(jīng)第二激光介質(zhì)板條放大輸出。
[0007]所述的第一激光二極管陣列、第二激光二極管陣列為二維激光二極管陣列。
[0008]所述的固體板條激光器，通過梯形波導(dǎo)把發(fā)散角較大，分布不均勻的泵浦光耦合到第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條的側(cè)面，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱均勻的雙側(cè)泵浦。兩根板條晶體并排放置，通過偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡旋轉(zhuǎn)信號(hào)光，有效的增加了激光放大器的光光效率，補(bǔ)償了晶體的熱效應(yīng)。
[0009]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、由于采用梯形波導(dǎo)作為側(cè)泵浦耦合系統(tǒng)，可以使激光器具有更大的耦合效率，提高了有效泵浦功率，使晶體上的泵浦光更加均勻?？梢允辜す夥糯笃鞅闷诸^設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0011]2、第一激光介質(zhì)板條、第二激光介質(zhì)板條的激光晶體米用長(zhǎng)方體板條結(jié)構(gòu),兩塊板條晶體并排放置，在側(cè)面泵浦，使得泵浦光能充分被吸收，提高了泵浦效率，在上下兩面熱沉冷卻，冷卻徹底，減小了熱效應(yīng)。
[0012]3、采用偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡將信號(hào)光旋轉(zhuǎn)180度，進(jìn)入板條晶體來提取能量。整個(gè)光路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單緊湊，易于操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明激光放大器較佳實(shí)施例的前視剖面圖。為說明梯形波導(dǎo)耦合泵浦光的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖2本本發(fā)明激光放大器較佳實(shí)施例的上視剖面圖。為說明偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡組合實(shí)現(xiàn)信號(hào)光回轉(zhuǎn)的光路。
[0015]圖3為本發(fā)明激光放大器的泵浦耦合梯形波導(dǎo)立體圖。為說明梯形波導(dǎo)的使用方法。
【具體實(shí)施方式】
[0016]由圖1、圖2所示，可以看到，本發(fā)明梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器，其構(gòu)成包括第一激光介質(zhì)板條1、第二激光介質(zhì)板條2、第一激光二極管陣列3、第二激光二極管陣列4、第一梯形波導(dǎo)5、第二梯形波導(dǎo)6、第一激光二極管陣列冷卻熱沉7、第二激光二極管陣列冷卻熱沉8、第一板條冷卻熱沉9、第二板條冷卻熱沉10、偏轉(zhuǎn)棱鏡11和全反射鏡12,所述的第一激光介質(zhì)板條1、第二激光介質(zhì)板條2為長(zhǎng)方體的激光固體板條，在所述的第一激光介質(zhì)板條1、第二激光介質(zhì)板條2的上下面分別為第一板條冷卻熱沉9和第二板條冷卻熱沉10，在所述的第一激光介質(zhì)板條1、第二激光介質(zhì)板條2的外側(cè)面分別是第一梯形波導(dǎo)5和第二梯形波導(dǎo)6，在第一梯形波導(dǎo)5外側(cè)依次是第一激光二極管陣列3和第一激光二極管陣列冷卻熱沉7)放置在第二梯形波導(dǎo)6外側(cè)依次是第二激光二極管陣列4和第二激光二極管陣列冷卻熱沉8，在所述的第一激光介質(zhì)板條I和第二激光介質(zhì)板條2的同一端設(shè)置所述的偏轉(zhuǎn)棱鏡11和全反射鏡12，信號(hào)光經(jīng)第一激光介質(zhì)板條I輸入，通過所述的偏轉(zhuǎn)棱鏡11和全反射鏡12后將信號(hào)光旋轉(zhuǎn)180度，經(jīng)第二激光介質(zhì)板條2放大輸出。
[0017]所述的第一激光二極管陣列3、第二激光二極管陣列4為二維激光二極管陣列。
[0018]下面一個(gè)實(shí)施例的具體參數(shù):
[0019]構(gòu)成第一激光介質(zhì)板條I和第二激光介質(zhì)板條2的激光晶體為Nd =YLF晶體，Nd摻雜濃度為I %，具體尺寸為長(zhǎng)I = 72mm、寬w = 6mm、厚d = 6mm,側(cè)面鍍808nm的增透膜和1047nm增透膜，端面鍍1047nm的增透膜，上下表面打毛。在激光晶體的上下的第一板條冷卻熱沉9和第二板條冷卻熱沉10為兩塊銅制熱沉，通水冷卻。[0020]固定在第一激光二極管陣列冷卻熱沉7、第二激光二極管陣列冷卻熱沉8的激光二極管陣列的發(fā)光面為矩形，每個(gè)激光二極管陣列有6個(gè)bar組成，在激光輸出快軸的方向長(zhǎng)度為4_，發(fā)散角為40°，在垂直于激光器輸出激光慢軸的方向長(zhǎng)度為10.7_，發(fā)散角為10°，發(fā)光波長(zhǎng)808nm，為脈沖工作方式，每組峰值功率為720W。
[0021]在激光二極管陣列與激光增益介質(zhì)之間為耦合系統(tǒng):梯形波導(dǎo)。梯形波導(dǎo)經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬，取使泵浦光分布最均勻的設(shè)計(jì)的參數(shù)，如圖3所示，梯形波導(dǎo)的形狀為端面為矩形略大于激光二極管發(fā)光面，激光二極管發(fā)出的泵浦光進(jìn)入梯形波導(dǎo)后，在波導(dǎo)的各個(gè)表面多次反射勻化后，在波導(dǎo)另外一側(cè)輸出，輸出面仍為矩形，面積區(qū)別于入射面。波導(dǎo)的前表面、后表面、厚度和長(zhǎng)度都經(jīng)過了計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)際耦合效率高達(dá)95%以上。激光二極管陣列和梯形波導(dǎo)，梯形波導(dǎo)和晶體之間均盡可能接近，距離約為
0.5mmο
[0022]信號(hào)光經(jīng)過第一晶體板條后，通過偏轉(zhuǎn)棱鏡和全反射鏡的組合將信號(hào)光旋轉(zhuǎn)180度，再次返回經(jīng)過另第二晶體板條。其中，偏轉(zhuǎn)棱鏡的尺寸、偏轉(zhuǎn)棱鏡與板條晶體之間的距離、偏轉(zhuǎn)棱鏡與全反射鏡之間的距離都通過光學(xué)設(shè)計(jì)軟件精確嚴(yán)格模擬。Nd:YLF對(duì)于806nm LD泵浦光的吸收系數(shù)約為2cm_l，一塊晶體只能吸收不足70%的泵浦光，而兩根晶體并排放置與激光二極管陣列之間，可以吸收超過90%的泵浦光，提高了對(duì)泵浦光的吸收效率，提高了激光放大器的光光效率。同時(shí)，信號(hào)光反轉(zhuǎn)進(jìn)入第二晶體板條，有效的補(bǔ)償了晶體的熱效應(yīng)。
[0023]綜上所述，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、加工簡(jiǎn)單、方便設(shè)計(jì)調(diào)試、耦合效率高，光光轉(zhuǎn)換效率高，易于散熱等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)固體激光器的大功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器，特征在于其構(gòu)成包括第一激光介質(zhì)板條(I)、第二激光介質(zhì)板條(2)、第一激光二極管陣列(3)、第二激光二極管陣列(4)、第一梯形波導(dǎo)(5)、第二梯形波導(dǎo)(6)、第一激光二極管陣列冷卻熱沉(7)、第二激光二極管陣列冷卻熱沉(8)、第一板條冷卻熱沉(9)、第二板條冷卻熱沉(10)、偏轉(zhuǎn)棱鏡(11)和全反射鏡(12),所述的第一激光介質(zhì)板條(I)、第二激光介質(zhì)板條(2)為長(zhǎng)方體的激光固體板條，在所述的第一激光介質(zhì)板條(I)、第二激光介質(zhì)板條(2)的上下面分別為第一板條冷卻熱沉(9)和第二板條冷卻熱沉(10)，在所述的第一激光介質(zhì)板條(I)、第二激光介質(zhì)板條(2)的外側(cè)面分別是第一梯形波導(dǎo)(5)和第二梯形波導(dǎo)(6)，在第一梯形波導(dǎo)(5)外側(cè)依次是第一激光二極管陣列(3)和第一激光二極管陣列冷卻熱沉(7)，放置在第二梯形波導(dǎo)(6)外側(cè)依次是第二激光二極管陣列(4)和第二激光二極管陣列冷卻熱沉(8)，在所述的第一激光介質(zhì)板條(I)和第二激光介質(zhì)板條(2)同一端設(shè)置所述的偏轉(zhuǎn)棱鏡(11)和全反射鏡(12)，信號(hào)光經(jīng)第一激光介質(zhì)板條(I)輸入，通過所述的偏轉(zhuǎn)棱鏡(11)和全反射鏡(12)后將信號(hào)光旋轉(zhuǎn)180度,經(jīng)第二激光介質(zhì)板條(2)放大輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯形波導(dǎo)耦合自補(bǔ)償并列雙板條激光放大器，其特征在于所述的第一激光二極管陣列(3)、第二激光二極管陣列(4)為二維激光二極管陣列。
【文檔編號(hào)】H01S3/0941GK103986050SQ201410238342
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】朱小磊, 楊琦, 陳衛(wèi)標(biāo), 陸婷婷, 馬劍, 馬秀華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所