專利名稱：一種高能二極管泵浦固體激光器晶體過(guò)渡熱散熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光器，涉及二極管泵浦固體激光器，特別是一種高能二極管泵 浦固體激光器晶體過(guò)渡熱散熱方法。
背景技術(shù)：
激光二極管固體激光器，主要由泵浦源激光二極管、耦合系統(tǒng)和諧振腔組成。諧振 腔是激光器的核心部分，其中激光介質(zhì)是實(shí)現(xiàn)將泵浦能量轉(zhuǎn)化成激光能量的樞紐。泵浦源 激光二極管對(duì)諧振腔內(nèi)的激光介質(zhì)作用，產(chǎn)生激光輸出的過(guò)程中，激光介質(zhì)會(huì)將部分能量 轉(zhuǎn)化成熱能，產(chǎn)生熱效應(yīng)。激光介質(zhì)的熱效應(yīng)等同于在諧振腔內(nèi)增加了一個(gè)不可控的非理 想光學(xué)元件，往往造成激光輸出的不穩(wěn)定，影響光束質(zhì)量，降低泵浦光和輸出激光的轉(zhuǎn)換效 率。特別是大功率泵浦條件下，嚴(yán)重的熱效應(yīng)將導(dǎo)致泵浦功率無(wú)法增加，使得激光器的功率 水平難以提高。在這種情況下往往要采用許多復(fù)雜的于段對(duì)熱效應(yīng)進(jìn)行控制，例如采用復(fù) 雜的水冷系統(tǒng)進(jìn)行散熱，在諧振腔中引入復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)以抵消熱效應(yīng)的影響，這些大大 增加了激光系統(tǒng)的復(fù)雜性。調(diào)Q的二極管泵浦固體激光器，通常利用聲光衍射，電光衍射、或某些介質(zhì)的可飽 和吸收特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)諧振腔腔內(nèi)損耗大小的周期性變化。當(dāng)腔內(nèi)損耗比較大的時(shí)候，振蕩光不 能起振，激光器沒(méi)有激光輸出，泵浦光導(dǎo)致激光介質(zhì)上能級(jí)粒子數(shù)積累，實(shí)現(xiàn)能量?jī)?chǔ)存。當(dāng) 腔內(nèi)損耗比較小時(shí)，由于閾值降低，振蕩光可迅速起振，激光介質(zhì)中的上能級(jí)粒子短時(shí)間內(nèi) 集中受激躍遷，儲(chǔ)存的能量迅速釋放，形成激光脈沖而輸出。由于增加了調(diào)Q單元，調(diào)Q的二極管泵浦固體激光器在結(jié)構(gòu)上通常復(fù)雜于非調(diào)Q 的二極管泵浦固體激光器。熱效應(yīng)在這種情況下對(duì)激光器輸出性能的影響更加明顯，同樣 泵浦功率條件下，相應(yīng)調(diào)Q激光器的散熱結(jié)構(gòu)和熱效應(yīng)處理系統(tǒng)比非調(diào)Q激光器更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出效率高、熱效應(yīng)小的一種高能二極管泵 浦固體激光器晶體過(guò)渡熱散熱方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種高能二極管泵浦固體激光器晶體過(guò)渡熱散熱方 法，包括激光二極管、耦合系統(tǒng)、激光諧振腔，其特征是激光諧振腔中的激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤 中心軸沿相同半徑分布，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中的激光介質(zhì)處在激 光諧振腔輸出光的軸線上，激光二極管通過(guò)耦合系統(tǒng)將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)， 使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而激活激光器產(chǎn)生激光的輸出，當(dāng)激光介質(zhì)被泵浦光照射的時(shí) 間有比較小的熱效應(yīng)會(huì)影響激光的輸出質(zhì)量時(shí)，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì) 盤中下一個(gè)激光介質(zhì)處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光器諧振腔和調(diào)Q開關(guān)重新共同 作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出。所述的激光諧振腔包括諧振腔反射鏡、激光介質(zhì)、激光輸出鏡，激光介質(zhì)在諧振腔 反射鏡和激光輸出鏡之間，激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤中心軸沿半徑分布。
所述的激光諧振腔包括諧振腔反射鏡、激光介質(zhì)、腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)和激光輸出鏡，激 光介質(zhì)在諧振腔反射鏡和腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)之間，激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤中心軸沿半徑分布，介質(zhì) 盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中的激光介質(zhì)處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激 光二極管通過(guò)耦合系統(tǒng)將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而 激活，同時(shí)，激光器諧振腔和調(diào)Q開關(guān)將共同作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出。激光介質(zhì)4直徑可在0 1.5- 3，激光介質(zhì)在介質(zhì)盤同軸分布的數(shù)量根據(jù)需要確 定，數(shù)量在10-500之間。介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置可以是步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)輸出軸帶動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間與腔 內(nèi)調(diào)Q開關(guān)調(diào)Q的作用時(shí)間配合時(shí)序是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)工作周期是tl加t2，t2是激光二 極管1通過(guò)耦合系統(tǒng)將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而積 累的時(shí)間，此時(shí)，腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)關(guān)閉，tl是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7打開時(shí)間，tl = t3+t4，t4 > t3， t3是諧振腔使反轉(zhuǎn)粒子瞬間在腔內(nèi)振蕩輸出高能激光的有效時(shí)間，t4處在低能量輸出段， 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路正好利用t4時(shí)間段驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)輸出軸4帶動(dòng)介質(zhì)盤 轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中下一個(gè)激光介質(zhì)到位，激光介質(zhì)中心處在諧振腔光軸上；t4時(shí)間結(jié)束后， 重新進(jìn)入下一個(gè)周期。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間可以與腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)的工作頻 率相同，也可以是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)工作周期的倍數(shù)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一 次的時(shí)間決定，取決于激光介質(zhì)靜止在諧振腔光軸上產(chǎn)生熱效應(yīng)的情況決定。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次使剛工作的激光介質(zhì)進(jìn)入一個(gè)冷卻緩 沖區(qū)，在冷卻緩沖區(qū)中剛工作過(guò)的激光介質(zhì)產(chǎn)生的熱量能迅速被降溫到理想的溫度。冷卻緩沖區(qū)可以是由夾持在介質(zhì)盤上的半導(dǎo)體致冷器使介質(zhì)盤處在低溫下，也可 以是冷風(fēng)對(duì)其作用。激光介質(zhì)采用柱面結(jié)構(gòu)，柱面的圓周面固定在介質(zhì)盤內(nèi)，柱面的平面面在徑向方 向上，LD對(duì)激光介質(zhì)既可端面泵浦義可側(cè)面泵浦，LD對(duì)激光介質(zhì)進(jìn)行端面泵浦和側(cè)面泵 浦。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是和傳統(tǒng)二激光泵浦激光器降低熱效應(yīng)的方法不同，本發(fā)明提出 了激光器內(nèi)一組N個(gè)介質(zhì)輪流工作的思想。和傳統(tǒng)激光器相比較，這種方法使得每個(gè)激光 介質(zhì)工作時(shí)間有效縮減，減少進(jìn)入每個(gè)介質(zhì)內(nèi)的熱耗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱效應(yīng)的控制。在這種裝置 中，介質(zhì)盤中包含一組N個(gè)介質(zhì)的激光器所能忍受的熱耗比傳統(tǒng)激光器的極限值大N倍，激 光器可以注入的泵浦功率相應(yīng)增加N倍，輸出能量也將增加N倍。因此，本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)激光 器高能輸出的一個(gè)有效方法。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中介質(zhì)盤正面示意圖；圖3是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造圖；圖4和圖5給出了驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)輸出軸4帶動(dòng)介質(zhì)盤5轉(zhuǎn) 動(dòng)的時(shí)間與腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7調(diào)Q的作用時(shí)間配合時(shí)序說(shuō)明；
圖6是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造圖；圖7是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造圖。圖中，1、激光二極管；2、耦合系統(tǒng)；3、諧振腔反射鏡；4、激光介質(zhì)；5、介質(zhì)盤；6、介 質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置；7、調(diào)Q開關(guān)；8、激光輸出鏡；9、光纖；10、軸套；11、激光介質(zhì)間隔；12、步進(jìn) 電機(jī)；13、諧振腔光軸；14、步進(jìn)電機(jī)輸出軸。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，二極管泵浦固體激光器包括激光二極管1、耦合系統(tǒng)2、激光諧振腔， 激光諧振腔包括諧振腔反射鏡3、激光介質(zhì)4、介質(zhì)盤5、介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置6、調(diào)Q開關(guān)7和激 光輸出鏡8。參考圖2，介質(zhì)盤5繞介質(zhì)盤5中心以相同半徑分布有多個(gè)激光介質(zhì)4，激光介 質(zhì)的個(gè)數(shù)根據(jù)實(shí)際情況和降低熱效應(yīng)的需要確定，工作時(shí)，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置6驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤5 轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤5中的激光介質(zhì)4處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光二極管1通過(guò)耦合 系統(tǒng)2將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)4，使激光介質(zhì)4實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而激活，同時(shí)，激 光器諧振腔和調(diào)Q開關(guān)將共同作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出，當(dāng)激光介質(zhì)4被泵浦光照射 的時(shí)間有比較小的熱效應(yīng)會(huì)影響激光的輸出質(zhì)量時(shí)，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置6驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)， 使介質(zhì)盤5中下一個(gè)激光介質(zhì)4處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光器諧振腔和調(diào)Q開 關(guān)重新共同作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出。介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置6包括步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，介質(zhì)盤5固定在步進(jìn)電機(jī) 的輸出軸上，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與激光諧振腔軸線平行，步進(jìn)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)下，步進(jìn) 電機(jī)輸出軸帶動(dòng)介質(zhì)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)，介質(zhì)盤5中每一個(gè)激光介質(zhì)4的中心將通過(guò)激光諧振腔光 軸13。激光介質(zhì)4的中心在激光諧振腔光軸13的時(shí)間是激光諧振腔在激光二極管1通過(guò) 耦合系統(tǒng)2將泵浦光射入諧振腔使激光介質(zhì)4實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而激活的時(shí)間，同時(shí)在腔內(nèi) 調(diào)Q開關(guān)7作用下激光器諧振腔產(chǎn)生激光輸出，此時(shí)激光器諧振腔產(chǎn)生最大功率輸出，當(dāng)激 光介質(zhì)4產(chǎn)生熱效應(yīng)影響激光器諧振腔輸出激光功率時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng) 介質(zhì)盤5使介質(zhì)盤5中相鄰的下個(gè)激光介質(zhì)4處在激光諧振腔光軸13上。如圖2所示，介質(zhì)盤5同軸分布有一周等間隔的激光介質(zhì)4，激光介質(zhì)4直徑可 在0 1.5- 3，激光介質(zhì)4的數(shù)量根據(jù)需要確定，數(shù)量在10-500之間。相鄰的激光介質(zhì)4 之間的激光介質(zhì)間隔11可相互熱隔離。介質(zhì)盤5中心為軸套10結(jié)構(gòu)，軸套10通過(guò)緊固盤 與步進(jìn)電機(jī)輸出軸14固定，使介質(zhì)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和偏移。激光介質(zhì)4的數(shù)量最 終確定將會(huì)參考下面的涉及到的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。如圖3所示，激光二極管1可以通過(guò)光纖9耦合到耦合系統(tǒng)2輸入端面，由耦合系 統(tǒng)2將激光二極管1的泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)4，使激光介質(zhì)4實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而 激活，這種設(shè)計(jì)有利于整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。但會(huì)降低泵浦光能的利用。介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置6可以是步進(jìn)電機(jī)12，圖4和圖5給出了驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)， 由步進(jìn)電機(jī)輸出軸14帶動(dòng)介質(zhì)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間與腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7調(diào)Q的作用時(shí)間配合時(shí) 序說(shuō)明。腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7可工作在IKHz或IOKHz之間，以IOKHz為例，圖4中tl加t2是 一個(gè)周期，周期時(shí)間是lOOus，而t2是激光二極管1通過(guò)耦合系統(tǒng)2將泵浦光射入諧振腔中 的激光介質(zhì)4，使激光介質(zhì)4實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而積累的時(shí)間，此時(shí)，腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7關(guān)閉，關(guān) 閉時(shí)間為90us，tl是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7打開時(shí)間，tl為10us。如圖5所示，在tl的IOus的腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7打開時(shí)間內(nèi)，其中諧振腔使反轉(zhuǎn)粒子瞬間在腔內(nèi)振蕩輸出高能激光的有效 時(shí)間t3約為10ns，其余大量的時(shí)間t4處在低能量輸出段，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路正好利用t4 時(shí)間段驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)輸出軸14帶動(dòng)介質(zhì)盤5轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤5中下一個(gè) 激光介質(zhì)4到位，激光介質(zhì)4中心處在諧振腔光軸13上。t4時(shí)間結(jié)束后，重新進(jìn)入下一個(gè) 周期。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間可以與腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7的工作頻率 相同，也可以是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7工作周期的倍數(shù)。當(dāng)腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7的周期是IOOus時(shí)，步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間可在IOOus至200ms之間選擇，選擇時(shí)間的 條件是只要選定的激光介質(zhì)4靜止在諧振腔光軸13上形成不了影響輸出高能激光能量的 熱效應(yīng)。當(dāng)上一次工作的激光介質(zhì)4移出后，進(jìn)入自然冷卻狀態(tài)，到下一次進(jìn)入諧振腔光軸 13上重新工作時(shí)間與介質(zhì)盤5上放置的激光介質(zhì)4個(gè)數(shù)有關(guān)，如在介質(zhì)盤5上有10個(gè)激光 介質(zhì)4，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間為200ms，則重新工作的時(shí)間間 隔為2S。重新工作的時(shí)間間隔依據(jù)激光介質(zhì)4的個(gè)數(shù)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間決定，最終取決于激光介質(zhì)4靜止在諧振腔光軸13上產(chǎn)生熱效應(yīng)的情況決 定?，F(xiàn)有的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速可設(shè)計(jì)在1000轉(zhuǎn)/分種，應(yīng)用在600轉(zhuǎn)/分種較稀穩(wěn)定，如 用在600轉(zhuǎn)/分使用，介質(zhì)盤5上分布有100個(gè)激光介質(zhì)4才能達(dá)到IK的頻率，因此要達(dá) 到更高的一是提高頻率一是提高步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，二是增加激光介質(zhì)4的數(shù)量。為了減少介質(zhì)盤5上激光介質(zhì)4數(shù)，一是延長(zhǎng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)一次的時(shí)間，二是使激光介質(zhì)4進(jìn)入一個(gè)冷卻緩沖區(qū)，在冷卻緩沖區(qū)中剛工作過(guò)的激光 介質(zhì)4產(chǎn)生的熱量能迅速被降溫到理想的溫度。冷卻緩沖區(qū)可以是由夾持在介質(zhì)盤5上的 半導(dǎo)體致冷器使介質(zhì)盤5處在低溫下，也可以是冷風(fēng)對(duì)其作用。由于激光介質(zhì)4輪換工作，每一個(gè)處在諧振腔光軸13上激光介質(zhì)4不會(huì)由于熱效 應(yīng)的影響使諧振腔的諧振條件發(fā)生變化，因此更高的提高整體激光輸出能量會(huì)有多個(gè)不同 的方案。圖6給出了一種既有端面泵浦又有側(cè)面泵浦的結(jié)構(gòu)。在這種實(shí)施例中激光介質(zhì)4 采用柱面結(jié)構(gòu)，柱面的圓周面固定在介質(zhì)盤5內(nèi)，柱面的平面面在徑向方向上。端面泵浦和 側(cè)面泵浦可根據(jù)需要輸出的功率要求增加LD (激光二極管)的個(gè)數(shù)。如圖7所示，本發(fā)明中，取消腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)7時(shí)，則構(gòu)成連續(xù)激光二極管泵浦固體 激光器，這時(shí)激光諧振腔包括諧振腔反射鏡3、激光介質(zhì)4、激光輸出鏡8，激光介質(zhì)4在諧振 腔反射鏡3和激光輸出鏡8之間。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間是諧振 腔諧振輸出連續(xù)輸出激光的時(shí)間。如連續(xù)輸出激光200ms，中間有IOus的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)間。在這種實(shí)施例中，同樣可采用端面泵浦或側(cè)面泵浦，或端面泵浦和側(cè) 面泵浦同時(shí)作用。泵浦源采用了光纖耦合LD (激光二極管1)，可以省略掉了耦合系統(tǒng)2 (根據(jù)實(shí)際情 況也可以不省略)，光纖耦合LD通常具有比較好的光束質(zhì)量，有利于提高激光器的輸出性 能。介質(zhì)的熱效應(yīng)大小正比于介質(zhì)的熱耗，在這種設(shè)計(jì)中，若介質(zhì)盤中有N個(gè)介質(zhì)，理 論上介質(zhì)的熱耗只有一個(gè)介質(zhì)單獨(dú)工作時(shí)的1/N，因此介質(zhì)的熱效應(yīng)將大大降低。通過(guò)在諧 振腔中加入調(diào)Q元件，該激光器將實(shí)現(xiàn)調(diào)Q脈沖輸出。在不加入調(diào)Q元件的情況下，該激光器在泵浦光的控制下，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)工作或脈沖工作。 和傳統(tǒng)二激光泵浦激光器降低熱效應(yīng)的方法不同，本發(fā)明提出了激光器內(nèi)一組N 個(gè)介質(zhì)輪流工作的思想。和傳統(tǒng)激光器相比較，這種方法使得每個(gè)激光介質(zhì)工作時(shí)間有效 縮減，減少進(jìn)入每個(gè)介質(zhì)內(nèi)的熱耗，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱效應(yīng)的控制。在這種裝置中，介質(zhì)盤中包含 一組N個(gè)介質(zhì)的激光器所能忍受的熱耗比傳統(tǒng)激光器的極限值大N倍，激光器可以注入的 泵浦功率相應(yīng)增加N倍，輸出能量也將增加N倍。因此，本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)激光器高能輸出的一 個(gè)有效方法。
權(quán)利要求
1.一種高能二極管泵浦固體激光器晶體過(guò)渡熱散熱方法，包括激光二極管、耦合系統(tǒng)、 激光諧振腔，其特征是激光諧振腔中的激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤中心軸沿相同半徑分布，介質(zhì)盤 驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中的激光介質(zhì)處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光 二極管通過(guò)耦合系統(tǒng)將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而激 活激光器產(chǎn)生激光的輸出，當(dāng)激光介質(zhì)被泵浦光照射的時(shí)間有比較小的熱效應(yīng)會(huì)影響激光 的輸出質(zhì)量時(shí)，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中下一個(gè)激光介質(zhì)處在激光諧 振腔輸出光的軸線上，激光器諧振腔和調(diào)Q開關(guān)重新共同作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是所述的激 光諧振腔包括諧振腔反射鏡、激光介質(zhì)、激光輸出鏡，激光介質(zhì)在諧振腔反射鏡和激光輸出 鏡之間，激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤中心軸沿半徑分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是所述的激 光諧振腔包括諧振腔反射鏡、激光介質(zhì)、腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)和激光輸出鏡，激光介質(zhì)在諧振腔反 射鏡和腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)之間，激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤中心軸沿半徑分布，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介 質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中的激光介質(zhì)處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光二極管1通過(guò)耦 合系統(tǒng)將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而激活，同時(shí)，激光 器諧振腔和調(diào)Q開關(guān)將共同作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是激光介質(zhì) 直徑可在￠1. 5-它3，激光介質(zhì)在介質(zhì)盤同軸分布的數(shù)量根據(jù)需要確定，數(shù)量在10-500之 間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是介質(zhì)盤驅(qū) 動(dòng)裝置可以是步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)輸出軸帶動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間與腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)調(diào)Q的 作用時(shí)間配合時(shí)序是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)工作周期是tl加t2，t2是激光二極管通過(guò)耦合系統(tǒng)將 泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而積累的時(shí)間，此時(shí)，腔內(nèi)調(diào) Q開關(guān)關(guān)閉，tl是腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)打開時(shí)間，tl = t3+t4，t4 > t3，t3是諧振腔使反轉(zhuǎn)粒子瞬 間在腔內(nèi)振蕩輸出高能激光的有效時(shí)間，t4處在低能量輸出段，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路正好利 用t4時(shí)間段驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由步進(jìn)電機(jī)輸出軸4帶動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中下一個(gè) 激光介質(zhì)到位，激光介質(zhì)中心處在諧振腔光軸上；t4時(shí)間結(jié)束后，重新進(jìn)入下一個(gè)周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間可以與腔內(nèi)調(diào)Q開關(guān)的工作頻率相同，也可以是腔 內(nèi)調(diào)Q開關(guān)工作周期的倍數(shù)；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次的時(shí)間決定，取決 于激光介質(zhì)靜止在諧振腔光軸上產(chǎn)生熱效應(yīng)的情況決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一次使剛工作的激光介質(zhì)進(jìn)入一個(gè)冷卻緩沖區(qū)，在冷卻緩沖區(qū) 中剛工作過(guò)的激光介質(zhì)產(chǎn)生的熱量能迅速被降溫到理想的溫度；冷卻緩沖區(qū)可以是由夾持 在介質(zhì)盤上的半導(dǎo)體致冷器使介質(zhì)盤處在低溫下，也可以是冷風(fēng)對(duì)其作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高能二極管泵浦固體激光器方法，其特征是激光介質(zhì) 采用柱面結(jié)構(gòu)，柱面的圓周面固定在介質(zhì)盤內(nèi)，柱面的平面面在徑向方向上，LD對(duì)激光介質(zhì) 既可端面泵浦又可側(cè)面泵浦，LD對(duì)激光介質(zhì)進(jìn)行端面泵浦和側(cè)面泵浦。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光器，涉及二極管泵浦固體激光器，特別是一種高能二極管泵浦固體激光器晶體過(guò)渡熱散熱方法。包括激光二極管、耦合系統(tǒng)、激光諧振腔，其特征是激光諧振腔中的激光介質(zhì)繞介質(zhì)盤中心軸沿相同半徑分布，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中的激光介質(zhì)處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光二極管通過(guò)耦合系統(tǒng)將泵浦光射入諧振腔中的激光介質(zhì)，使激光介質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而激活激光器產(chǎn)生激光的輸出，當(dāng)激光介質(zhì)被泵浦光照射的時(shí)間有比較小的熱效應(yīng)會(huì)影響激光的輸出質(zhì)量時(shí)，介質(zhì)盤驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)介質(zhì)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使介質(zhì)盤中下一個(gè)激光介質(zhì)處在激光諧振腔輸出光的軸線上，激光器諧振腔和調(diào)Q開關(guān)重新共同作用，使激光器產(chǎn)生激光的輸出。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK102110948SQ20091025449
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者劉珉愷 申請(qǐng)人:西安信唯信息科技有限公司