專利名稱：一種高功率微片激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及用于高功率使用中，需要解決散熱問題 的微片激光器。
背景技術(shù)：
盤狀超薄片激光增益介質(zhì)已廣泛應(yīng)用于分離腔式半導(dǎo)體泵浦固體激光器， 其特點在于盤狀介質(zhì)具有大的口徑與厚度比值，采用面泵浦，面冷卻。當將超 薄片激光增益介質(zhì)的 一個端面與導(dǎo)熱率高的材料如金屬直接接觸時，可及時、 快速散熱，從而可在大功率泵浦狀態(tài)下獲得高功率輸出。 一般盤片激光器是分 離腔結(jié)構(gòu)，體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
與傳統(tǒng)盤片分離腔結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明采用了微片式盤片激光器，可實現(xiàn)小 尺寸中高功率激光輸出。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
本發(fā)明的高功率《故片激光器，泵浦光源通過光學(xué)耦合透鏡對盤狀的孩史片結(jié) 構(gòu)激光器進行泵浦。其中，所述的盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器是盤狀的激光增益介 質(zhì)薄片與相關(guān)的盤狀的激光元件薄片膠合而成，兩外側(cè)端面鍍腔鏡膜，所述的 盤狀的激光增益介質(zhì)薄片通過與之接觸的高導(dǎo)熱材料散熱。
所述的高導(dǎo)熱材料與激光增益介質(zhì)薄片的通光面接觸，且所述的高導(dǎo)熱材 料對泵浦光具有較高透過率。
進一步的，散熱方案一所述的高導(dǎo)熱材料為一盤片結(jié)構(gòu)，緊密膠合于所 述的激光增益介質(zhì)薄片的通光面，進行散熱?；蛘撸岱桨付龅母邔?dǎo)熱材料為中空管道結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)緊密膠
合于所述的激光增益介質(zhì)薄片的通光面，管道內(nèi)通入流動冷卻液或氣體，進行 散熱。
或者，散熱方案三所述的高導(dǎo)熱材料為中空管道結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)開設(shè)一 槽，所述的激光增益介質(zhì)薄片緊密內(nèi)嵌于槽中，管道內(nèi)通入流動冷卻液或氣體， 進行散熱。
采用上述的任一散熱方案，所述的泵浦光源通過光學(xué)耦合透鏡對盤狀的微 片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦，在光學(xué)耦合透鏡和盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器之間設(shè)置一 部分反射鏡，所述的部分反射鏡鍍泵浦光透射、輸出光反射的膜，微片結(jié)構(gòu)激 光器通過部分反射鏡反射輸出激光。
或者，散熱方案四所述高導(dǎo)熱材料的一側(cè)開設(shè)一槽，所述的激光增益介 質(zhì)薄片緊密內(nèi)嵌于槽中，與相對另一側(cè)的:&置的一光學(xué)窗口片一同構(gòu)成中空管 道結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)通入流動冷卻液或氣體，進fl"^:熱。
采用上述的散熱方案四，所述的泵浦光源通過光學(xué)耦合透鏡耦合，并透過 光學(xué)窗口片或高導(dǎo)熱材料對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦，微片結(jié)構(gòu)激光器
的后腔鏡直接輸出激光。
或者，散熱方案五所述的高導(dǎo)熱材料為盤狀的薄片，與所述的盤狀的農(nóng)史 片結(jié)構(gòu)激光器膠合成一體，兩外側(cè)端面鍍腔鏡膜，所述的泵浦光源通過光學(xué)耦 合透鏡耦合，并透過高導(dǎo)熱材料對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦，微片結(jié)構(gòu) 激光器的后腔鏡直接輸出激光。
所述的盤狀的激光元件薄片可以包括激光增益介質(zhì)同質(zhì)片和倍頻晶體片。 可用于產(chǎn)生基頻光、倍頻光，特別是高效倍頻光。本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，實現(xiàn)了小體積的高功率盤片激光器結(jié)構(gòu)，且實 現(xiàn)快速散熱，并實現(xiàn)高功率激光輸出。另外，本發(fā)明中的超薄激光增益介質(zhì)可 一次或兩次吸收泵浦光，或采用多通泵浦耦合系統(tǒng)《吏泵浦光多次通過激光增益 介質(zhì)，從而提高泵浦光吸收效率。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用于產(chǎn)生基頻光、倍頻光， 特別是高效倍頻光。


圖l是本發(fā)明的第一實施的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的第二實施的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的第三實施的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的第四實施的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明的第五實施的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進一步說明。
本發(fā)明采用超薄激光增益介質(zhì)與其它光學(xué)元件，如倍頻晶體，非摻雜激光 介質(zhì)材料，通過深化光膠結(jié)為一體，超薄激光增益介質(zhì)置于微片激光器腔的一 端或接近腔的端面，其光學(xué)面直接與高導(dǎo)熱材料，流動液體或氣體接觸以實現(xiàn) 快速散熱，并實現(xiàn)高功率激光輸出。
實施例l:參閱圖l所示，包括超薄的盤狀激光增益介質(zhì)101，激光增益介 質(zhì)101的一個光學(xué)端面鍍激光腔膜層Sl,并直接采用高效導(dǎo)熱體105面冷卻， 膜層S1對基波光、泵浦光及倍頻光等高反，激光增益介質(zhì)101的另一個端面與 其它光學(xué)元件1021爿史合，光學(xué)元件1021可為未摻雜基質(zhì)，其材料與激光增益 介質(zhì)相同，光學(xué)元件1021再與另一片或一組其它光學(xué)元件1022月交合，光學(xué)元 件1022可為倍頻晶體等。在光學(xué)元件1022的另一個端面設(shè)置微片激光器的輸出膜層S2，則激光增益介質(zhì)101與光學(xué)元件1021、光學(xué)元件1022、膜層S1及 膜層S2構(gòu)成微片式激光器。103為耦合光學(xué)透鏡，104為半導(dǎo)體激光器的泵浦 光源，它可以是半導(dǎo)體激光器(LD)直接輸出，亦可為LD通過光纖耦合后輸出， 亦可以為其他種類泵浦光源。106為分光鏡，它對泵浦光透射，對微片激光器的 輸出光反射，可實現(xiàn)振蕩光輸出。當泵浦光源104高功率泵浦激光增益介質(zhì)101 時，由于激光增益介質(zhì)101為超薄激光增益介質(zhì)，且激光增益介質(zhì)101與高效 導(dǎo)熱體105直接面接觸，因此激光增益介質(zhì)101上產(chǎn)生熱量可>^皮迅速導(dǎo)走。
由于激光增益介質(zhì)101很薄，盡管激光增益介質(zhì)101通常導(dǎo)熱系數(shù)僅為 1-10W/ffl/k,但高效導(dǎo)熱體105導(dǎo)熱系數(shù)可在100-300W/m/K,比激光增益介質(zhì) 101大約高二個數(shù)量級，與傳統(tǒng)的在激光增益介質(zhì)中心泵浦，再通過激光增益介 質(zhì)傳遞到四周導(dǎo)熱層的方法相比，其導(dǎo)熱速度可快二個以上數(shù)量級。且光學(xué)元 件1021亦是與激光增益介質(zhì)101相同基質(zhì)的非摻雜材料，結(jié)合面處不易發(fā)生熱 膨脹不匹配而導(dǎo)致的光學(xué)材料解離；同時光學(xué)元件1021有一定厚度，在光學(xué)元 件1021與光學(xué)元件1022結(jié)合處溫度較低或基本接近周圍溫度，從而可避免不 同材料之間因產(chǎn)生4交強應(yīng)力而解離現(xiàn)象。
實施例2:參閱圖2所示，其結(jié)構(gòu)與圖1所示的第一實施例結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別 在于在高導(dǎo)熱材料105的結(jié)構(gòu)為中空管道結(jié)構(gòu)，并通入流動冷卻液或氣體， 通過管狀道內(nèi)的動冷卻液或氣體，從而更快速地降低盤片介質(zhì)的溫度。
實施例3:參閱圖3所示，激光器結(jié)構(gòu)與圖1或圖2所示的實施例結(jié)構(gòu)一致。 區(qū)別在于所述的高導(dǎo)熱材料105為中空管道結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)開設(shè)一槽，所迷 的激光增益介質(zhì)薄片101緊密內(nèi)嵌于槽中，通入流動冷卻液或氣體，形成水冷 或氣冷散熱。
實施例4:參閱圖4所示，所述的熱散結(jié)構(gòu)與圖3所示的第三實施例相似，區(qū)別在于其采用正向泵浦結(jié)構(gòu)，即在所述高導(dǎo)熱材料的105 —側(cè)開設(shè)一槽， 所述的激光增益介質(zhì)薄片101緊密內(nèi)嵌于槽中，與相對另一側(cè)的設(shè)置的一光學(xué) 窗口片107—同構(gòu)成中空管道結(jié)構(gòu)，管道內(nèi)通入流動冷卻液或氣體，進行散熱。 所述的泵浦光源104通過光學(xué)耦合透鏡103耦合，并透過光學(xué)窗口片107或高 導(dǎo)熱材料105對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦，微片結(jié)構(gòu)激光器的后腔鏡直 接輸出激光。
實施例5:參閱圖5所示，亦采用正向端面泵浦結(jié)構(gòu)，包括超薄激光增益介 質(zhì)IOI，高導(dǎo)熱材料105, LD泵浦光源104,光學(xué)耦合的準直透鏡103,光學(xué)元 件1021、 1022。激光增益介質(zhì)101左端面與高導(dǎo)熱材料105直接接觸，且高導(dǎo) 熱材料105對泵浦光具有較高透過率，在高導(dǎo)熱材料105左端面及光學(xué)元件1022 右端面鍍膜形成激光腔鏡。光學(xué)元件1021為材料與激光增益介質(zhì)101相同但未 摻雜激活離子基質(zhì)，光學(xué)元件1022為倍頻晶體等。所述的LD泵浦光源104通 過準直透鏡103耦合，并透過高導(dǎo)熱材料105對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵 浦，微片結(jié)構(gòu)激光器的后腔鏡直接輸出激光。
本發(fā)明的超薄激光增益介質(zhì)可一次或兩次吸收泵浦光，或采用多通泵浦耦 合系統(tǒng)使泵浦光多次通過激光增益介質(zhì)，從而提高泵浦光吸收效率。本發(fā)明的 結(jié)構(gòu)可用于產(chǎn)生基頻光、倍頻光，特別是高效倍頻光。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式 上和細節(jié)上可以對本發(fā)明^f故出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。
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權(quán)利要求
1.一種高功率微片激光器，泵浦光源(104)通過光學(xué)耦合透鏡(103)對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器(101、1021、1022)進行泵浦，其特征在于所述的盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器是盤狀的激光增益介質(zhì)薄片(101)與相關(guān)的盤狀的激光元件薄片(1021、1022)膠合而成，兩外側(cè)端面鍍腔鏡膜，所述的盤狀的激光增益介質(zhì)薄片(101)通過與之接觸的高導(dǎo)熱材料(105)散熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高功率微片激光器，其特征在于所述的高導(dǎo)熱材料(105 )與激光增益介質(zhì)薄片(101 )的通光面接觸，且所述的高導(dǎo)熱材料(105 ) 對泵浦光具有較高透過率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高功率微片激光器，其特征在于所述的高導(dǎo)熱材料(105)為一盤片結(jié)構(gòu)，緊密月交合于所述的激光增益介質(zhì)薄片(101)的通光 面，進行散熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高功率微片激光器，其特征在于所述的高導(dǎo)熱材料(105 )為中空管道結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)緊密膠合于所述的激光增益介質(zhì)薄片(101) 的通光面，管道內(nèi)通入流動冷卻液或氣體，進行散熱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于所述的高導(dǎo)熱材料(105 )為中空管道結(jié)構(gòu)，其中一側(cè)開設(shè)一槽，所述的激光增益介質(zhì)薄片(101 ) 緊密內(nèi)嵌于槽中，管道內(nèi)通入流動冷卻液或氣體，進行散熱。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高功率微片激光器，其特征在于所述高導(dǎo)熱材料的(105)—側(cè)開設(shè)一槽，所述的激光增益介質(zhì)薄片(101)緊密內(nèi)嵌于槽中， 與相對另一側(cè)的設(shè)置的一光學(xué)窗口片(107)—同構(gòu)成中空管道結(jié)構(gòu)，管道內(nèi) 通入流動冷卻液或氣體，進4于散熱。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5任一所述的高功率微片激光器，其特征在于所述 的泵浦光源(104)通過光學(xué)耦合透鏡(103)對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦，在光學(xué)耦合透鏡(103 )和盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器之間設(shè)置一部分反射 鏡(106),所述的部分反射鏡(106)鍍泵浦光透射、輸出光反射的膜，微片 結(jié)構(gòu)激光器通過部分反射鏡(106)反射輸出激光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率微片激光器，其特征在于所迷的泵浦光源(104)通過光學(xué)耦合透鏡(103)耦合，并透過光學(xué)窗口片(107)或高導(dǎo)熱 材料(105 )對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦，微片結(jié)構(gòu)激光器的后腔鏡直 接輸出激光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高功率微片激光器，其特征在于所述的高導(dǎo)熱材辨-U05)為盤狀的薄片，與所述的盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器(101、 1021、 1022 ) 膠合成一體，兩外側(cè)端面鍍腔鏡膜，所述的泵浦光源(104)通過光學(xué)耦合透 鏡(103)耦合，并透過高導(dǎo)熱材料(105)對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵 浦，微片結(jié)構(gòu)激光器的后腔鏡直接輸出激光。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于所述的盤狀的激光 元件薄片(1021、 1022 )可以包括激光增益介質(zhì)同質(zhì)片和倍頻晶體片。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及用于高功率使用中，需要解決散熱問題的微片激光器。本發(fā)明的高功率微片激光器，泵浦光源通過光學(xué)耦合透鏡對盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器進行泵浦。其中，所述的盤狀的微片結(jié)構(gòu)激光器是盤狀的激光增益介質(zhì)薄片與相關(guān)的盤狀的激光元件薄片膠合而成，兩外側(cè)端面鍍腔鏡膜，所述的盤狀的激光增益介質(zhì)薄片通過與之接觸的高導(dǎo)熱材料散熱。所述的高導(dǎo)熱材料與激光增益介質(zhì)薄片的通光面接觸，且所述的高導(dǎo)熱材料對泵浦光具有較高透過率。本發(fā)明采用如上技術(shù)方案，實現(xiàn)了小體積的高功率盤片激光器結(jié)構(gòu)，且實現(xiàn)快速散熱，并實現(xiàn)高功率激光輸出。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用于產(chǎn)生基頻光、倍頻光，特別是高效倍頻光。
文檔編號H01S3/16GK101640371SQ20091004225
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者凌吉武, 礪 吳, 楊建陽, 坤 賀, 陳衛(wèi)民, 陳燕平 申請人:福州高意通訊有限公司