專利名稱：大功率高脈沖能量的固體激光器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種固體激光器裝置，尤其適用于產(chǎn)生大功率高脈沖能量的脈沖 Ho: YAG、 Er: YAG及Nd: YAG的大功率髙脈沖能量的固體激光器裝置。
背景技術(shù)：
激光是上世紀(jì)60年代最重大的科學(xué)技術(shù)成就之一。它以高亮度、高方向性、高 單色性、髙相干性等突出特點，廣泛運用于工農(nóng)業(yè)、精密測量與探測、通訊與信息處 理、醫(yī)療與軍事等各個方面，并在科學(xué)技術(shù)的許多重大領(lǐng)域里引起了革命性的變化。 激光與普通光源發(fā)光并無本質(zhì)上的差別，他們都是一種電磁波，都具有波粒二象性。 激光獨有的四大特點，是由激光的發(fā)射機(jī)理和激光器的特殊結(jié)構(gòu)所決定的。
一般情況下，粒子存在的能級有三個，低能級(基態(tài))E,、中能級(亞穩(wěn)態(tài))E2 和髙能級(激發(fā)態(tài))E3?；鶓B(tài)是粒子能量最穩(wěn)定的狀態(tài)，處于低能級E,的粒子遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過處于高能級E3的粒子數(shù)目，低能級基態(tài)E,的粒子獲得一定的外加能量(例如光照、 電子碰撞、分解或化合以及加熱等)后，被激發(fā)到高能級激光態(tài)E3上，形成了 E3對 E2的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但由于高能級激發(fā)態(tài)E3很不穩(wěn)定，壽命很短，粒子很快以無輻射躍 遷到&, E2能級壽命較長，躍遷機(jī)率較小，此時E2就積聚了大量的粒子，當(dāng)外加能 量足夠時，E2上的粒子數(shù)就大為增加，E2對E,來說就出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，E2上的粒子 增加到一定程度時，就會躍遷到E,，同時產(chǎn)生出激光。
僅僅靠光一次通過激光晶體的光放大，其放大能量不足以彌補(bǔ)損耗，還必須有一 個諧振腔。由全反射鏡、聚光腔體、輸出鏡組成的諧振腔能夠使沿光路方向傳播的光 子來回多次反射，且不斷激發(fā)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的工作物質(zhì)，因而不斷地引起受激 輻射，使沿光路運動的光子不斷地得到放大和"振蕩"，形成一種雪崩式的放大過程。 當(dāng)光強(qiáng)增加到足以抵償腔內(nèi)各種損耗和部分透射時，就可在諧振腔內(nèi)形成持續(xù)振蕩， 最終從輸出鏡中輸出一束極強(qiáng)的激光。
目前，固體激光器裝置有如下缺點
1、撖光晶體需要封棒帶來漏膠、漏水的缺點由于現(xiàn)有的固體激光器裝置大都
采用長方體聚光腔體結(jié)構(gòu)。如果采用不封棒結(jié)構(gòu)安裝，則需要將激光晶體長度增長許 多，而增長的激光晶體部分不但不參與激光的產(chǎn)生，反而抑制了激光的輸出，因此必
須采用封棒結(jié)構(gòu)，封棒時要將棒套用膠粘接到激光晶體的兩端約3mm處，這樣很容易 將膠流到激光晶體端面；由于激光晶體需浸在IO'C左右的冷卻水中才能正常工作，封 膠的部位亦很容易發(fā)生漏水到激光晶體端面。無論是漏膠還是漏水，都會損壞激光晶 體端面上的鍍膜層，進(jìn)而有激光輸出時會打壞激光晶體。
2、 聚光腔采用玻璃管鍍銀或銅體鍍金(或銀)帶來的鏡面反射缺點由于現(xiàn)有 的聚光管一般都采用玻璃管鍍銀或銅體鍍金(或銀)，腔體產(chǎn)生的反射為鏡面反射， 泵浦不均勻，激光模式差，聚光效率低，特別是玻璃管鍍銀使用一段時間后容易脫落， 而銅體鍍金(或銀)使用一段時間后容易發(fā)"霧"，使用壽命較短。
3. 激光晶體及聚光腔體外表面有凝結(jié)水汽的缺點固體激光晶體大多必須在10 'C左右才能正常工作，由于腔內(nèi)通過的冷卻水與工作環(huán)境存在著溫差，空氣中的水分 將會在激光晶體兩端面及腔體表面形成水汽，特別是空氣濕度很大的環(huán)境中，激光晶 體兩端面及腔體表面會結(jié)成大量的水珠向下淌，這樣會造成激光輸出很小甚至沒有激 光輸出，還會損壞激光晶體兩端面上的鍍膜層甚至打壞激光晶體。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的主要目的是克服上述現(xiàn)有固體激光器裝置的弊端，提供一種能夠產(chǎn) 生大功率高脈沖能量的固體激光器裝置。
主要解決現(xiàn)有固體激光裝置的聚光腔及激光晶體的使用壽命低的技術(shù)問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的能夠產(chǎn)生大功率髙脈沖能量的固體激光器 裝置，包括聚光腔體及與聚光腔體中激光晶體在一條光路上的全反射鏡、輸出鏡和窗 口鏡。聚光腔體由后端頭、腔主體、前端頭連接組成，外形呈"凸"字形狀，激光晶 體不用封棒后安裝，腔主體內(nèi)裝有緊包裹陶瓷管，激光晶體和泵浦燈上下平行置于陶 瓷管中，裝置的下面置有進(jìn)水口、出水口，由泵浦燈兩端引出兩根離壓導(dǎo)線，裝置后 側(cè)面和前側(cè)面分別裝有進(jìn)氣閥和出氣閥。整個裝置進(jìn)行全密封并充有保護(hù)性氣體。
因此，本實用新型具有以下優(yōu)點-
1、 激光晶體不需要封棒，避免了漏膠、漏水導(dǎo)致的損害激光晶體兩端鍍膜層甚 至損壞激光晶體的發(fā)生，大大延長了激光晶體的使用壽命。
2、 采用緊包裹陶瓷管漫反射，實現(xiàn)了聚光效率高，泵浦均勻，激光模式好，使 用壽命長。
3、 整個裝置采用全密封后，充入干燥氮氣(N2)作為保護(hù)氣體，抑制了激光晶體
及腔體外表面水汽的發(fā)生，改善了激光晶體的使用環(huán)境，延長了使用壽命。
4、 由于該固體激光器裝置具有以上優(yōu)點，大大提高了激光器的轉(zhuǎn)化效率，能夠 實現(xiàn)大功率高脈沖能量的激光產(chǎn)生。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的說明。


圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型聚光腔體截面圖。 圖中1-全反射鏡，2-后端頭，3-腔主體，4-前端頭，5-輸出鏡，6-窗口鏡，7-后端 高壓導(dǎo)線，8-泵浦燈，9-激光晶體，10-進(jìn)水口， 11-陶瓷管，12-出水口， 13-前端高 壓導(dǎo)線，14-出氣閥門，15-進(jìn)氣閥門，16-聚光腔體。
具體實施方式
如圖l所示，為本實用新型大功率高脈沖能量的固體激光器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 全反射鏡l、聚光腔體16中的激光晶體9、輸出鏡5及窗口鏡6均在同一光路上。由 全反射鏡1、聚光腔體16及輸出鏡5組成諧振腔，全反射鏡1上鍍有全反介質(zhì)膜層， 反射率髙達(dá)99%以上，輸出鏡5在諧振腔的一面鍍有部分反射膜層，反射率為80%左 右，另一面鍍增透膜層，窗口鏡6的兩面均鍍有增透膜層。聚光腔體16由后端頭2、 腔主體3及前端頭4連接而成，陶瓷管11置于腔主體3中，陶瓷管11為緊包裹結(jié)構(gòu)， 激光晶體9和泵浦燈8上下平行置于陶瓷管11中(如圖2)。聚光腔體的下面留有進(jìn) 水口 IO和出水口 12，從泵浦燈的兩端引出兩根前端和后端高壓導(dǎo)線13和7亦置于裝 置的下端，本裝置的后側(cè)面和前側(cè)面裝有進(jìn)氣閥門15和出氣閥門14。
進(jìn)水口 10與出水口 12、前端和后端高壓導(dǎo)線13和7、進(jìn)氣閾15與出氣閥14以 及窗口鏡6均采用0形密封圈密封，裝置的其它連接均用硅膠密封。
通過進(jìn)氣閥15和出氣閥14向裝置內(nèi)充入保護(hù)氣體，如干燥氮氣(N2)，也可以為 其他惰性氣體，充氣的方法為用氣管將干燥氮氣(N2)引至進(jìn)氣閥15，關(guān)閉出氣閥 14，開啟進(jìn)氣閥15，向裝置內(nèi)注滿大于l個大氣壓的干燥氮氣(N2)后，關(guān)閉進(jìn)氣閾 15，開啟出氣閥14，將裝置內(nèi)混合氣體放出后立即關(guān)閉出氣閥14，再開啟進(jìn)氣閥15 注入干燥氮氣，如此循環(huán)3次以上，可以將裝置內(nèi)的空氣直換掉，使裝置內(nèi)充滿干燥 的氮氣(N2)。
工作時，接通冷卻循環(huán)水，從進(jìn)水口 10向聚光腔體流入冷卻水，流經(jīng)激光晶體9 和泵浦燈8后由出水口 12流出，帶走腔內(nèi)的熱量，保持激光晶體處在所需的溫度下。 通過兩根前端和后端高壓導(dǎo)線13和7將泵浦燈8點亮，泵浦燈8產(chǎn)生的光經(jīng)聚光腔 體16中陶瓷管11漫反射后，均勻地聚在激光晶體9上，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激 輻射光，在全反射鏡1與輸出鏡5之間往返振蕩加強(qiáng)，當(dāng)增益足夠時，在輸出鏡5處 形成激光束，經(jīng)窗口鏡6輸出裝置外。
權(quán)利要求1、一種大功率高脈沖能量的固體激光器裝置，包括聚光腔體以及與聚光腔體中激光晶體在一條光路上的全反射鏡、輸出鏡和窗口鏡，其特征在于聚光腔體外形呈“凸”字形，由后端頭、腔主體、前端頭連接組成，腔主體內(nèi)裝有陶瓷管，激光晶體和泵浦燈上下平行置于陶瓷管中，裝置的下面置有進(jìn)水口、出水口，由泵浦燈兩端引出兩根高壓導(dǎo)線，裝置后側(cè)面和前側(cè)面分別裝有進(jìn)氣閥和出氣閥。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器裝置，其特征在于全反射鏡、聚光腔體 及輸出鏡組成諧振腔，全反射鏡上鍍有全反介質(zhì)膜層，輸出鏡在諧振腔的一面鍍有反 射膜層，另一面鍍增透膜層，窗口鏡的兩面均鍍有增透膜層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固體激光器裝置，其特征在于激光晶體兩端無封棒。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器裝置，其特征在于陶瓷管為緊包裹結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器裝置，其特征在于裝置內(nèi)充有保護(hù)性氣體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器裝置，其特征在于所述的裝置為一個密 封腔體。
專利摘要本實用新型涉及一種固體激光器裝置，尤其適用于產(chǎn)生大功率高脈沖能量的脈沖Ho:YAG、Er:YAG及Nd:YAG的大功率高脈沖能量的固體激光器裝置。一種大功率高脈沖能量的固體激光器裝置，包括聚光腔體以及與聚光腔體中激光晶體在一條光路上的全反射鏡、輸出鏡和窗口鏡，其特征在于聚光腔體外形呈“凸”字形，由后端頭、腔主體、前端頭連接組成，腔主體內(nèi)裝有陶瓷管，激光晶體和泵浦燈上下平行置于陶瓷管中，裝置的下面置有進(jìn)水口、出水口，由泵浦燈兩端引出兩根高壓導(dǎo)線，裝置后側(cè)面和前側(cè)面分別裝有進(jìn)氣閥和出氣閥。本實用新型主要用于生成大功率高脈沖激光。
文檔編號H01S3/16GK201061079SQ20072014401
公開日2008年5月14日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日
發(fā)明者亮 張, 王援柱 申請人:上海瑞柯恩激光技術(shù)有限公司