專利名稱：一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及全固態(tài)激光器(Diode-Pumped Solid-State Laser),特
別涉及一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器。
背景技術(shù)：
目前，全固態(tài)激光器的主要結(jié)構(gòu)包括泵浦源、激光晶體和諧振腔，泵浦源和諧振腔采用水冷或半導(dǎo)體材料風(fēng)冷散熱，由于泵浦源和諧振腔相互靠近，距離小，散熱效果較差。同時，現(xiàn)有的散熱部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，影響激光器的光能利用率、光束質(zhì)量以及整體體積。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型為克服上述現(xiàn)有全固態(tài)激光器的缺點，提供一種簡潔的半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的固體激光器。
本實用新型實現(xiàn)發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是 一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器，由泵浦源、微透鏡組、光纖和諧振腔組成，諧振腔包括前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊和后腔鏡，泵浦源和諧振腔設(shè)置為兩個獨立模塊，泵浦源外設(shè)置有半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)，泵浦源發(fā)出的泵浦光經(jīng)微透鏡組由光纖接入諧振腔內(nèi)，諧振腔為中空圓柱形結(jié)構(gòu)，前腔
鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊和后腔鏡沿激光光路方向依次設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)
內(nèi)。所述半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)由熱電制冷片、散熱片和熱電偶組成，散熱片成百葉式分布，熱電制冷片位于散熱片中間位置，熱電偶靠近熱電制冷片設(shè)置在泵浦源上。
本實用新型通過一根傳能光纖把泵浦光源連接至激光諧振腔，激光泵浦源被密封在模組中，并內(nèi).置于風(fēng)冷—的散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部，能防灰塵、防腐蝕，并在工業(yè)環(huán)境中易于安裝，對現(xiàn)有的生產(chǎn)線也容易改造和安裝。采用半導(dǎo)體光纖耦合系統(tǒng)，能利用微型光學(xué)折射鏡對來自半導(dǎo)體的泵浦光重新整型，與傳統(tǒng)的側(cè)泵浦方式半導(dǎo)體固體激光器相比，其整體轉(zhuǎn)化效率明顯地得到優(yōu)化。激光諧振腔的圓柱型設(shè)計自身實現(xiàn)了最佳的熱交換效果與最短的激光預(yù)熱時間，同時與泵浦源的散熱結(jié)構(gòu)分離設(shè)置，更加有利于系統(tǒng)的散熱和冷卻。本實用新型中泵浦源和諧振腔的分離設(shè)計使得現(xiàn)場維護十分簡便，無須打開或移動激光諧振腔，即能夠在現(xiàn)場快速而容易地拆換泵浦源模塊。
本實用新型中激光晶體采用Nd:YV04晶體，其具有光束質(zhì)量高和輸
出功率穩(wěn)定的特點。高質(zhì)量的光束是該激光器得以成功運用于不同應(yīng)用的保證，例如雕刻、退火、切除和改色。通過汽化、表面改性、去涂層等手段，能夠靈活地在金屬和塑料等很多材料上作出優(yōu)秀標記。幾乎在所有的行業(yè)中都可以發(fā)現(xiàn)其使用價值，例如機械零件、珠寶、手表、汽車儀表、手機按鍵、電子元件、醫(yī)療器材等行業(yè)。
目前直接激光二極管陣列泵浦的YAG或YV04激光器面臨一個顯
著的矛盾直接使用半導(dǎo)體激光器泵浦時，諧振腔體積龐大，并且由于
半導(dǎo)體激光器輸出的光斑是方形的，因此需要增加光斑整型等光學(xué)元件而增加了整個光路中的光學(xué)損耗。側(cè)向泵浦的諧振腔結(jié)構(gòu)由于泵浦面積增大，因此可以獲得較高的功率，但是泵浦光和激光的匹配性差，光束質(zhì)量差。使用光纖耦合泵浦的方式有效的克服了這些問題，并且使得泵浦源和諧振腔分離，激光器發(fā)熱最多的兩個元件，半導(dǎo)體泵浦源和激光晶體得以分離散熱，再加以特殊的圓柱形腔結(jié)構(gòu)，使得整個激光器的熱穩(wěn)定性非常出眾。同時使用半導(dǎo)體制冷的方法對半導(dǎo)體泵浦源進行冷卻，代替了龐大的水冷系統(tǒng)，使用鋁質(zhì)或銅質(zhì)散熱片，材料和散熱面積的選擇依據(jù)泵浦功率而定，半導(dǎo)體泵浦源中放置熱敏電阻或熱電偶對晶體溫度進行監(jiān)測，半導(dǎo)體泵浦源和散熱片及熱電制冷片之間通過導(dǎo)熱化合物膠接觸在一起，減小接觸熱阻，并通過螺釘壓緊。
本實用新型中晶體兩端面鍍1064nm和808nm增透膜，以保證泵浦光808nm和激光1064nm能夠充分進入晶體里，避免晶體端面耦合損耗和其他腔內(nèi)損耗。直接使用普通波長790nm/808nm半導(dǎo)體激光器作為YAG/YV04晶體的泵浦源，通過光纖耦合的方式泵浦摻雜Nd離子的YV04晶體，并可使用電光調(diào)Q或聲光調(diào)Q的方法實現(xiàn)脈沖輸出，激光在腔內(nèi)振蕩，圓柱形諧振腔采用硬質(zhì)鋁和銅制成，熱導(dǎo)系數(shù)高，導(dǎo)熱效果好，可以有效的將腔內(nèi)激光晶體，調(diào)Q晶體以及其他光學(xué)元件吸收的熱量及時地散發(fā)到外部空間中。
在前腔鏡和后腔鏡上鍍高反膜，保證了波長1064nm的激光在前腔鏡和后腔鏡之間形成振蕩。為保證1064nm波長激光在Nd:YV04晶體的出射，在晶體的輸出端面鍍增透膜。
本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單、散熱性能好、光能利用率高、光束質(zhì)量好。


圖l，本實用新型的激光器結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2，圖1的A-A截面圖。
圖中，1泵浦源、2諧振腔、3散熱結(jié)構(gòu)、4微透鏡組、5光纖、6前腔鏡、7激光晶體、8調(diào)Q模塊、9后腔鏡、IO熱電制冷片、11散熱片、12熱電偶。
具體實施方式
如圖1所示， 一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器由808nmInGaAsP/InP半導(dǎo)體泵浦源1、微透鏡組4、光纖5、微透鏡組4、前腔鏡6、 Nd:YV04晶體7、聲光調(diào)Q模塊8、后腔鏡9按光路方向依次排列組成，泵浦源1和諧振腔2設(shè)置為兩個獨立模塊，泵浦源外設(shè)置有半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)3，泵浦源1發(fā)出的泵浦光經(jīng)微透鏡組4由光纖5接入諧振腔2內(nèi)，諧振腔2為中空圓柱形結(jié)構(gòu)，前腔鏡6、激光晶體7、調(diào)Q模塊8和后腔鏡9沿激光光路方向依次設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)內(nèi)。半導(dǎo)體泵浦源散熱結(jié)構(gòu)由熱電制冷片10、散熱片11和熱電偶12組成，散熱片ll成百葉式分布，熱電制冷片IO位于散熱片中間位置，熱電偶12靠近熱電制冷片10設(shè)置在泵浦源1上。Nd:YV04晶體兩端面分別鍍808nm和1064nm波長的增透膜，晶體通過銅質(zhì)諧振腔進行散熱，熱電制冷片10對半導(dǎo)體泵浦源進行制冷，熱量通過散熱片11傳輸?shù)街車諝庵?，半?dǎo)體泵浦源中放置熱電偶12對溫度進行監(jiān)測，并通過熱電制冷控制器對熱電制冷片進行控制，將溫度控制在2(TC附近。泵浦光源使用波長為790nm或808nm的InGaAsP/InP激光二極管陣列，輸出功率40W，條形光斑經(jīng) 過微透鏡組4耦合進入光纖5，傳輸后再通過另一組微透鏡組4經(jīng)過輸入平面前腔鏡聚焦到Nd:YV04晶體前端面，激勵Nd:YV04晶體中的Nd離子，得到1064nm的激光輸出。
本實用新型將半導(dǎo)體泵浦源1發(fā)出的泵浦光通過微透鏡組4耦合到光纖5中，通過光纖5將泵浦激光傳輸?shù)街C振腔2的端面，再通過另一組微透鏡組4準直聚焦后經(jīng)過前腔輸入鏡6聚焦到晶體端面，實現(xiàn)光纖耦合泵浦結(jié)構(gòu)。諧振腔2采用特殊的圓柱形結(jié)構(gòu)，諧振腔2內(nèi)各元件通過其外部的圓形截面結(jié)構(gòu)依次連接在一起，采用硬質(zhì)鋁和銅制造諧振腔，并加工出圓形肋板增加散熱面積，使得整個腔的散熱更加高效和穩(wěn)定，Nd:YV04激光晶體兩端面和前腔鏡、后腔鏡面上進行如下鍍膜處理:
1. Nd:YV04晶體輸入端面鍍增透膜<0.5%@808nm&1064nm
2. Nd:YV04晶體輸出端面鍍增透膜<0.5%@808nm&1064nm3. 輸入鏡鍍膜<0.5%@808nm， >99.5%@1064nm
4. 輸出鏡鍍高反膜>99.5%@808nm HR@1064nm'
權(quán)利要求1. 一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器，由泵浦源、微透鏡組和諧振腔組成，諧振腔包括前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊和后腔鏡，其特征在于泵浦源(1)和諧振腔(2)設(shè)置為兩個獨立模塊，泵浦源(1)外設(shè)置有半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)(3)，泵浦源(1)發(fā)出的泵浦光經(jīng)微透鏡組(4)由光纖(5)接入諧振腔(2)內(nèi)，諧振腔(2)為中空圓柱形結(jié)構(gòu)，前腔鏡(6)、激光晶體(7)、調(diào)Q模塊(8)和后腔鏡(9)沿激光光路方向依次設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器， 其特征在于所述半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)(3)由熱電制冷片(10)、散熱 片(11)和熱電偶(12)組成，散熱片(11)成百葉式分布，熱電制 冷片(10)位于散熱片中間位置，熱電偶(12)靠近熱電制冷片(10) 設(shè)置在泵浦源(1)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器， 其特征在于所述泵浦源(1)的泵浦光波長為808nm，激光輸出波 長為1064nm，所述激光晶體(7)為Nd:YV04晶體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器， 其特征在于所述Nd:YV04晶體兩端面鍍1064nm和808nm增透膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的紅外固體激光器， 其特征在于所述前腔鏡(6)和后腔鏡(9)上鍍有1064nm高反膜。
專利摘要本實用新型為克服現(xiàn)有全固態(tài)激光器體積大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱性能較差的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的半導(dǎo)體光纖耦合泵浦的固體激光器，該激光器由泵浦源、微透鏡組和諧振腔組成，諧振腔包括前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊和后腔鏡，泵浦源和諧振腔設(shè)置為兩個獨立模塊，泵浦源外設(shè)置有半導(dǎo)體散熱結(jié)構(gòu)，泵浦源發(fā)出的泵浦光經(jīng)微透鏡組由光纖接入諧振腔內(nèi)，諧振腔為中空圓柱形結(jié)構(gòu)，前腔鏡、激光晶體、調(diào)Q模塊和后腔鏡沿激光光路方向依次設(shè)置在中空結(jié)構(gòu)內(nèi)。所述泵浦源散熱結(jié)構(gòu)由熱電制冷片、散熱片和熱電偶組成。其有益效果是結(jié)構(gòu)簡單、散熱性能好、光能利用率高、光束質(zhì)量好。
文檔編號H01S3/042GK201270374SQ20082014654
公開日2009年7月8日 申請日期2008年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日
發(fā)明者姜基錫 申請人:鐳射沃激光科技(深圳)有限公司