專利名稱：采用透鏡導(dǎo)管耦合的固體板條激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全固態(tài)固體激光器件，具體涉及一種采用透鏡導(dǎo)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(shù)：
20世紀(jì)80年代后期，隨著激光二極管技術(shù)的重大突破，固體激光器得到強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)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(shù)的發(fā)展，這是一種高效率、長壽命、光束質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)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(xué)，醫(yī)療器械，光學(xué)圖象處理，激光打印機(jī)等高科技領(lǐng)域有著獨(dú)具特色的應(yīng)用前景。
大功率激光二極管陣列其實(shí)是多個(gè)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(cè)面泵浦是指泵浦光從側(cè)面泵浦激光介質(zhì)，它從泵浦光與激光介質(zhì)的交疊方式區(qū)別于端面泵浦。側(cè)面泵浦可以提供較大的泵浦功率密度，可以通過增加側(cè)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(cè)面泵浦是激光介質(zhì)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(zhì)量好、效率更高、重復(fù)頻率高和結(jié)構(gòu)更緊湊的特點(diǎn)。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(qiáng)度有時(shí)不能滿足大功率固體激光器的要求，側(cè)面泵浦時(shí)，需對其進(jìn)行準(zhǔn)直和匯聚。國內(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、效率不高、泵浦不均勻等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種采用透鏡導(dǎo)管耦合的固體板條激光器，該激光器應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高、散熱方便、能夠獲得大功率和好的光束質(zhì)量的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種采用透鏡導(dǎo)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(zhì)及其前后設(shè)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(zhì)的板條端面平行，在所述的板條狀激光介質(zhì)的上下兩個(gè)大面設(shè)有第一激光介質(zhì)冷卻熱沉和第二激光介質(zhì)冷卻熱沉，在所述的板條狀激光介質(zhì)的兩側(cè)面設(shè)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(zhì)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(dǎo)管和第二透鏡導(dǎo)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(shè)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(jīng)第一透鏡導(dǎo)管和第二透鏡導(dǎo)管整形壓縮后照射在板條狀激光介質(zhì)板條的側(cè)面上。
所述的第一透鏡導(dǎo)管和第二透鏡導(dǎo)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(gè)柱形曲面，而靠板條狀激光介質(zhì)側(cè)面的一面為一個(gè)矩形面。
所述的板條狀激光介質(zhì)的上下兩個(gè)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(zhì)，以實(shí)現(xiàn)泵浦光在兩個(gè)大面的內(nèi)全反射。
所述的板條狀激光介質(zhì)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(zhì)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(jīng)耦合元件透鏡導(dǎo)管整形壓縮后照射在板條的側(cè)面上。泵浦光在板條內(nèi)經(jīng)上下兩個(gè)大面全反射被板條狀激光介質(zhì)吸收。透鏡導(dǎo)管的形狀為一扇形的柱體，激光二極管發(fā)出的泵浦光進(jìn)入透鏡導(dǎo)管的面為一個(gè)柱形曲面，泵浦光輸出透鏡導(dǎo)管的面為一個(gè)矩形面。通過透鏡導(dǎo)管把發(fā)光面積大于板條側(cè)面積的泵浦光耦合到板條狀激光介質(zhì)的側(cè)面，實(shí)現(xiàn)對稱的雙側(cè)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(fù)支非穩(wěn)腔，以便有較大的模式體積，更好的提取翻轉(zhuǎn)粒子數(shù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于采用實(shí)心透鏡導(dǎo)管作為側(cè)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(zhì)上的泵浦光更加均勻?？梢允辜す馄髟O(shè)計(jì)簡單，結(jié)構(gòu)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(zhì)采用長方薄板條結(jié)構(gòu)，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(gè)熱沉冷卻，冷卻徹底，減小了熱效應(yīng)。
3、由于采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，增益介質(zhì)的體積得到充分的利用，在獲得大的輸出功率的同時(shí)有著較好的光束質(zhì)量。
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。


圖1本發(fā)明激光器較佳實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的俯視圖(除去激光介質(zhì)熱沉)。
圖2為本發(fā)明激光器較佳實(shí)施例的側(cè)視剖面圖A-A’。
圖3本本發(fā)明激光器較佳實(shí)施例的前視剖面圖B-B’。
具體實(shí)施例方式
先請參閱由圖1、圖2和圖3，由圖可見，本發(fā)明采用透鏡導(dǎo)管耦合的固體板條激光器，包括板條狀激光介質(zhì)1及其前后設(shè)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(zhì)1的板條端面平行，在所述的板條狀激光介質(zhì)1的上下兩個(gè)大面設(shè)有第一激光介質(zhì)冷卻熱沉8和第二激光介質(zhì)冷卻熱沉9，在所述的板條狀激光介質(zhì)1的兩側(cè)面設(shè)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(zhì)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(dǎo)管4和第二透鏡導(dǎo)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(shè)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(jīng)第一透鏡導(dǎo)管4和第二透鏡導(dǎo)管5整形壓縮后照射在板條狀激光介質(zhì)1板條的側(cè)面上。
所述的第一透鏡導(dǎo)管4和第二透鏡導(dǎo)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(gè)柱形曲面，而靠板條狀激光介質(zhì)1側(cè)面的一面為一個(gè)矩形面，請參見圖2。
所述的板條狀激光介質(zhì))的兩個(gè)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(zhì)，以實(shí)現(xiàn)泵浦光在兩個(gè)大面的內(nèi)全反射。
所述的板條狀激光介質(zhì)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(dǎo)管4和第二透鏡導(dǎo)管5把發(fā)光面積遠(yuǎn)大于板條狀激光介質(zhì)1的板條側(cè)面積的泵浦光耦合到板條狀激光介質(zhì)1的側(cè)面，實(shí)現(xiàn)對稱的雙側(cè)泵浦。
本實(shí)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(fù)支非穩(wěn)腔，以便有較大的模式體積，更好的提取翻轉(zhuǎn)粒子數(shù)。
下面為此實(shí)施例的具體參數(shù)激光介質(zhì)1為Nd:GGG激光介質(zhì)，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(gè)LD發(fā)出的泵浦光波長，側(cè)面鍍808nm的增透膜，端面鍍1064nm的增透膜。在激光介質(zhì)的上下為兩塊銅熱沉，熱沉的前視和側(cè)視截面為凸字形，突起部分大小與激光介質(zhì)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(gè)激光二極管陣列的發(fā)光面為矩形，每個(gè)陣列有10個(gè)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(shí)心透鏡導(dǎo)管，透鏡導(dǎo)管經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)模擬，取使耦合效率最大的參數(shù)，如圖1所示，透鏡導(dǎo)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(jìn)入透鏡導(dǎo)管的面為一個(gè)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(dǎo)管的面為一個(gè)矩形面，長寬分別為20mm和1.8mm，這兩個(gè)面之間的最大距離為30.3mm，理論耦合效率接近為89％，實(shí)際耦合效率也接近80％。激光二極管陣列和透鏡導(dǎo)管，透鏡導(dǎo)管和激光介質(zhì)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，本發(fā)明本發(fā)明激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高、散熱效果好、激光輸出功率大和光束質(zhì)量高的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種采用透鏡導(dǎo)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(zhì)(1)及其前后設(shè)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(zhì)(1)的端面平行，在所述的板條狀激光介質(zhì)(1)的上下兩個(gè)大面設(shè)有第一激光介質(zhì)冷卻熱沉(8)和第二激光介質(zhì)冷卻熱沉(9)，在所述的板條狀激光介質(zhì)(1)的兩側(cè)面分別設(shè)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(zhì)(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(dǎo)管(4)和第二透鏡導(dǎo)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(shè)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(jīng)第一透鏡導(dǎo)管(4)和第二透鏡導(dǎo)管(5)整形壓縮后照射在板條狀激光介質(zhì)(1)板條的側(cè)面上。
2.根據(jù)權(quán)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(dǎo)管(4)和第二透鏡導(dǎo)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(gè)柱形曲面，而靠板條狀激光介質(zhì)(1)側(cè)面的一面為一個(gè)矩形面。
3.根據(jù)權(quán)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(zhì)(1)的兩個(gè)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(zhì)，以實(shí)現(xiàn)泵浦光在兩個(gè)大面的內(nèi)全反射。
4.根據(jù)權(quán)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(zhì)(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(jù)權(quán)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(zhì)(1)為激光晶體或激光玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)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(fù)支非穩(wěn)腔。
全文摘要
一種采用透鏡導(dǎo)管耦合的固體板條激光器。激光介質(zhì)為長方體的薄片激光固體板條。采用實(shí)心透鏡導(dǎo)管把激光二極管陣列輸出的泵浦光耦合到激光介質(zhì)上。泵浦光經(jīng)透鏡導(dǎo)管由激光固體板條的側(cè)面進(jìn)入激光固體板條，并經(jīng)板條的兩個(gè)大面全反射，由板條吸收。激光固體板條由上下兩個(gè)大面使用通水熱沉散熱。激光諧振腔采用平平腔。本發(fā)明激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、耦合效率高、散熱效果好、激光輸出功率大和光束質(zhì)量高的特點(diǎn)。
文檔編號H01S3/02GK1822452SQ20061002495
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)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(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所