專利名稱：具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光晶體，特別是涉及一種用于大功率輸出的激光裝置中的層狀組合激光晶體。
背景技術(shù)：
通常激光晶體散熱都是用水冷、風(fēng)冷或半導(dǎo)體制冷等外部制冷，在準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)里，由于晶體溫度直接影響到下能級(jí)粒子數(shù)，因此傳統(tǒng)的準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)里使用的激光晶體的厚度都很薄，一般在2mm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它能級(jí)系統(tǒng)的晶體(約10mm)，因而傳統(tǒng)準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)的輸出功率都不高，只有瓦級(jí)。近年來(lái)散熱方法有一定改進(jìn)，產(chǎn)生了三明治結(jié)構(gòu)的激光晶體，例如P.Zeller等人2000年1月在Optics Letters上發(fā)表了“Eficient，multiwatt，continuous-wave laser operation on the4F3/2-4F9/2transitions ofNdYVO4and NdYAG”中采用三明治結(jié)構(gòu)的激光晶體，它的中心是一塊NdYAG，兩邊都是白YAG，三塊晶體光膠在一起以加強(qiáng)散熱功效，整個(gè)晶體放在制冷器里制冷。該結(jié)構(gòu)由于總共只有三層，因而NdYAG的厚度僅比傳統(tǒng)的激光晶體略厚，達(dá)到了3mm，可輸出的藍(lán)光(473nm)為1.5W，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)大功率激光輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服在已有準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)里，激光下能級(jí)存在波耳茲曼粒子數(shù)分布，激光下能級(jí)粒子數(shù)隨溫度升高而急劇增加，使得實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)困難，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中為了制冷，只能將激光晶體切得很薄，這樣就又限制了輸出的激光功率的缺點(diǎn)；本實(shí)用新型的目的之二還可以通過(guò)使用不同的激光晶體組合成一體，而同時(shí)輸出多種波長(zhǎng)的激光；從而本實(shí)用新型提供一種采用多層散熱物質(zhì)和激光晶體交錯(cuò)排列，大大增加了散熱功效，又增加了激光晶體長(zhǎng)度的用于大功率輸出的激光裝置中的層狀組合激光晶體。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供的一種具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，包括散熱物質(zhì)、激光晶體；其特征是激光晶體是一毫米或一毫米以下的薄片，N塊激光晶體薄片與M片或M+1片散熱物質(zhì)交錯(cuò)排列成多層并用光膠黏結(jié)成一體。
所述的N塊激光晶體薄片與M片或M+1片散熱物質(zhì)中，N和M均為2以上的正整數(shù)。當(dāng)所述的散熱物質(zhì)與激光晶體薄片交錯(cuò)排列成一塊層狀組合激光晶體時(shí)，可以采用相同的散熱物質(zhì)或激光晶體薄片；也可以用不同的散熱物質(zhì)或者激光晶體薄片交錯(cuò)排列。
所述的散熱物質(zhì)是對(duì)泵光不吸收的晶體，如不摻雜的YAG，即白的YAG；或?qū)嵝院玫钠渌牧?，如熔石英?br> 所述的激光晶體包括摻釹釔鋁石榴石(NdYAG)、摻釔釔鋁石榴石(YbYAG)、摻釹釩酸釔(NdYVO4)、摻釹氟化釔鋰(NdYLF)或其它激光晶體。
由于激光晶體是厚度小于一毫米的薄片，因此產(chǎn)生的熱量很少；而產(chǎn)生的熱量又很容易被它前后的散熱物質(zhì)吸收，這樣整塊激光晶體就能始終保持比較低的溫度使得粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)容易實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型提供的一種層狀組合激光晶體用于大功率的激光器中，克服了原有準(zhǔn)三能級(jí)技術(shù)中激光晶體難于散熱的缺點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其功率可達(dá)幾瓦至幾十瓦，實(shí)現(xiàn)了高效、大功率的激光輸出，廣泛適用于連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)波，為高功率激光器的實(shí)用化開(kāi)辟了廣闊的前景，可廣泛應(yīng)用于軍事、科研、娛樂(lè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性本實(shí)用新型的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體由散熱物質(zhì)和激光晶體組成，其中激光晶體和散熱物質(zhì)交錯(cuò)排列并用光膠膠合成一塊晶體。當(dāng)該層狀組合激光晶體被泵浦時(shí)，激光晶體內(nèi)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱，由于散熱物質(zhì)對(duì)泵光不吸收，因此不產(chǎn)生熱量，又由于散熱物質(zhì)與激光晶體的接觸面比較大，因而激光晶體里的熱量能迅速傳到散熱物質(zhì)里，這樣就保證了激光晶體始終保持較低的溫度，使得粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)能夠進(jìn)行。本實(shí)用新型還可以任意選擇兩種不同的激光晶體(圖3)，從而實(shí)現(xiàn)了在一臺(tái)激光器中同時(shí)產(chǎn)生兩種準(zhǔn)三能級(jí)基頻光輸出。本實(shí)用新型采用多層散熱物質(zhì)和激光晶體交錯(cuò)排列，大大加強(qiáng)了散熱功效，而且可以在很大程度上增加激光晶體的厚度，其散熱效率比傳統(tǒng)塊狀晶體提高10倍以上，為準(zhǔn)三能級(jí)系統(tǒng)的大功率輸出提供了一種廣闊的前景。


圖1是本實(shí)用新型層狀組合激光晶體組成圖圖2是本實(shí)用新型層狀組合激光晶體的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖圖3是本實(shí)用新型層狀組合激光晶體的另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖圖4是本實(shí)用新型層狀組合激光晶體的又一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖圖面說(shuō)明1，3-散熱物質(zhì)； 2，4-激光晶體；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1按照?qǐng)D2制作一塊由5片散熱物質(zhì)與4片激光晶體組成的本實(shí)用新型的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體。其中散熱物質(zhì)1選用白YAG，其尺寸為φ5mm×厚2mm的薄片；散熱物質(zhì)3選用白YAG，其尺寸為φ5mm×厚1mm的薄片；激光晶體2選用Nd離子摻雜濃度為1.1％的NdYAG，尺寸為φ5mm×厚1.5mm的薄片；將散熱物質(zhì)1和激光晶體2按圖示交叉疊放光膠在一起，在其層狀組合激光晶體上下兩端面鍍808nm和946nm的雙增透膜。
把該層狀組合激光晶體用在輸出946nm的諧振腔內(nèi)，當(dāng)泵光從前面泵浦該新型層狀組合激光晶體時(shí)，即能輸出大功率946nm的激光。
實(shí)施例2按圖3制作一塊具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，包括5塊散熱物質(zhì)1選用白YAG，其尺寸為φ5mm×厚1mm；2塊激光晶體2選用Nd離子摻雜濃度為1.0％的NdYAG，其尺寸為φ5mm×厚1mm；2塊激光晶體4選用Nd離子摻雜濃度為0.5％的NdYVO4，尺寸為φ5mm×厚1mm激光晶體薄片；將散熱物質(zhì)1和激光晶體2和4按圖示光膠在一起，該層狀組合激光晶體的兩端面鍍808nm、914nm和946nm的增透膜。
把該層狀組合激光晶體用在輸出914nm和946nm的諧振腔內(nèi)，當(dāng)泵光從前面泵浦該新型層狀組合激光晶體時(shí)，即能同時(shí)輸出914nm和946nm的激光。
實(shí)施例3
按圖4制作一塊具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，散熱物質(zhì)1選用熔石英，其尺寸為φ5mm×厚1mm；激光晶體2選用Yb離子摻雜濃度為13％的YbYAG，其尺寸為φ5mm×厚1mm；將散熱物質(zhì)1和激光晶體2按圖示光膠在一起，該層狀組合激光晶體的兩端面鍍940nm和1030nm的雙增透膜。
把該層狀組合激光晶體用在輸出1030nm的諧振腔內(nèi)，當(dāng)泵光從前面泵浦該新型層狀組合激光晶體時(shí)，即能輸出大功率1030nm的激光。
實(shí)施例4按圖3制作一塊具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，只是散熱物質(zhì)1選用融石英，其余同實(shí)施例2。該層狀組合激光晶體包括5塊散熱物質(zhì)1選用融石英，尺寸為φ5mm×厚1mm；2塊激光晶體2選用Nd離子摻雜濃度為1.0％的NdYAG，尺寸為φ5mm×厚1mm；2塊激光晶體4選用Nd離子摻雜濃度為0.5％的NdYVO4，尺寸為φ5mm×厚1mm激光晶體薄片；將散熱物質(zhì)和激光晶體按圖示光膠在一起，該層狀組合激光晶體的兩端面鍍808nm、914nm和946nm的增透膜。
權(quán)利要求1.一種具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，包括散熱物質(zhì)、激光晶體；其特征是激光晶體是一毫米或一毫米以下的薄片，N塊激光晶體薄片與M片或M+1片散熱物質(zhì)交錯(cuò)排列成多層并用光膠黏結(jié)成一體。
2.按權(quán)利要求1所述的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，其特征是所述的N塊激光晶體與M片或M+1片散熱物質(zhì)的N和M均為2以上的正整數(shù)。
3.按權(quán)利要求1所述的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，其特征是當(dāng)所述的M片或M+1片散熱物質(zhì)與N塊激光晶體薄片交錯(cuò)排列成一塊層狀組合激光晶體，包括采用相同的散熱物質(zhì)或激光晶體薄片；還包括用不同的散熱物質(zhì)或者激光晶體薄片交錯(cuò)排列。
4.按權(quán)利要求1所述的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，其特征是所述的散熱物質(zhì)是對(duì)泵光不吸收的晶體，包括白的YAG或?qū)嵝院玫钠渌牧稀?br> 5.按權(quán)利要求4所述的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，其特征是所述的導(dǎo)熱性好的散熱物質(zhì)是熔石英。
6.按權(quán)利要求1所述的具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體，其特征是所述的激光晶體包括摻釹釔鋁石榴石、摻釔釔鋁石榴石、摻釹釩酸釔、摻釹氟化釔鋰或其它激光晶體。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有輸出大功率激光器中使用的層狀激光晶體。它包括散熱物質(zhì)、激光晶體；其特征是激光晶體是一毫米或一毫米以下的薄片，N塊激光晶體薄片與M片或M+1片散熱物質(zhì)交錯(cuò)排列成多層并用光膠黏結(jié)成一體。該晶體采用立體式多層散熱，克服了原有技術(shù)中激光晶體難于散熱的缺點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為激光晶體的散熱提供了一種重要的途徑。該晶體用于大功率輸出的激光裝置中其輸出功率可達(dá)幾瓦至幾十瓦，實(shí)現(xiàn)了高效、大功率的激光輸出，廣泛適用于連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)波，為高功率激光器的實(shí)用化開(kāi)辟了廣闊的前景，可廣泛應(yīng)用于軍事、科研、娛樂(lè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/16GK2559135SQ02243229
公開(kāi)日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者李瑞寧, 許祖彥, 林學(xué)春, 崔大復(fù), 畢勇, 王桂玲, 姚愛(ài)云, 馮衍, 汪家升, 張鴻博, 張 杰, 鞏華榮, 徐貴昌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所