專利名稱：一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器，尤其是涉及一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的連續(xù)或高重復(fù)頻率的固體激光器在運轉(zhuǎn)過程中，由于激光工作介質(zhì)(玻璃) 的導熱性能極差，泵浦燈產(chǎn)生的熱量沉積在激光工作介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力，在不斷重復(fù)泵浦和熱傳導作用下，雖然對器件進行了強冷卻，但激光工作介質(zhì)內(nèi)熱應(yīng)力和冷卻過程中產(chǎn)生的溫度梯度仍不斷增大，極易導致激光工作介質(zhì)發(fā)生斷裂，最終致使傳統(tǒng)的高重復(fù)頻率的固體激光器至今仍不能實現(xiàn)連續(xù)高重復(fù)頻率地運轉(zhuǎn)。為了得到高平均功率激光輸出，1982年美國專利U. S. P4, 555，786提出了一種運動板狀玻璃激光器，其特點是激光工作介質(zhì)(玻璃)往返運動使閃光燈(泵浦燈)在某一瞬間泵浦玻璃的局部區(qū)域產(chǎn)生激光，另一瞬間泵浦玻璃的另一區(qū)域，這種局部泵浦的方式可達到較高的功率密度而獲得較高的激光效率，而冷卻系統(tǒng)分布在整個板面上，因而可實現(xiàn)高平均功率激光輸出。但這種運動板狀玻璃激光器仍存在以下缺點1、激光輸出功率仍受玻璃負載能力的限制，只能達到百瓦水平；2、激光工作介質(zhì)運動和冷卻系統(tǒng)使得激光器的機械結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜；3、對大尺寸的玻璃片作快速往返運動，驅(qū)動系統(tǒng)也存在問題。為了克服上述運動板狀玻璃激光器存在的缺點，中國發(fā)明專利“一種高平均功率固體激光系統(tǒng)”(申請?zhí)?8 1 00715)提出了一種高平均功率固體激光系統(tǒng)，其由N臺激光器、光耦合系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)組成，N臺激光器按某種排列固定安裝，電子控制系統(tǒng)控制N臺激光器的N組閃光燈依次點燃泵浦各自對應(yīng)的激光介質(zhì)產(chǎn)生激光，同時控制光耦合系統(tǒng)同步運動，將不同時刻不同激光器發(fā)出的激光耦合至一小區(qū)域輸出，從而獲得幾百瓦或幾千瓦的高平均功率激光。這種高平均功率固體激光系統(tǒng)雖然采用輕巧的光耦合系統(tǒng)代替笨重的激光介質(zhì)運動，將多臺獨立的激光器輸出的激光通過光耦合系統(tǒng)組合成單束激光輸出，有效克服了激光介質(zhì)運動存在的缺點，但其結(jié)構(gòu)仍十分龐大而復(fù)雜，并且不可避免地帶來了輸出激光方向的漂移。上世紀九十年代發(fā)展的熱容式玻璃激光器，雖然能在短時間內(nèi)連續(xù)發(fā)射高功率激光脈沖，間隔工作時間只有10秒鐘左右，但其不能長時間連續(xù)工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，且在激光運動過程中不會產(chǎn)生熱應(yīng)力，能夠?qū)崿F(xiàn)高平均功率連續(xù)激光輸出的高重復(fù)率玻璃激光器。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器， 包括諧振腔、聚光器和設(shè)置于所述的聚光器的上方的玻璃激光介質(zhì)，所述的諧振腔包括全反鏡和輸出鏡，所述的全反鏡、所述的玻璃激光介質(zhì)和所述的輸出鏡依次分布于激光束傳播方向的光軸上，其特征在于所述的玻璃激光介質(zhì)呈平板狀，所述的聚光器主要由三角形聚光器組成，所述的三角形聚光器內(nèi)設(shè)置有流動冷卻水，所述的三角形聚光器內(nèi)設(shè)置有平行于激光束傳播方向的光軸的泵浦燈，所述的泵浦燈單面泵浦所述的玻璃激光介質(zhì)，所述的玻璃激光介質(zhì)的非泵浦面上設(shè)置有流水冷卻器，所述的流水冷卻器單面冷卻所述的玻璃激光介質(zhì)。所述的玻璃激光介質(zhì)為摻釹磷酸鹽玻璃、摻鉺磷酸鹽玻璃、摻鐿磷酸鹽玻璃中的任一種。所述的聚光器與所述的玻璃激光介質(zhì)之間設(shè)置有用于保護所述的玻璃激光介質(zhì)的泵浦面的石英玻璃薄片。所述的三角形聚光器的頂角的角度為90 110度。所述的泵浦燈的中心與所述的三角形聚光器的頂角的端點之間的垂直距離為 16 18mm0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于利用泵浦燈產(chǎn)生的熱量對玻璃激光介質(zhì)的下表面進行單面均勻加熱，玻璃激光介質(zhì)的非泵浦面則通過流水冷卻器進行均勻冷卻，與雙面泵浦和冷卻的激光器相比，其能夠在熱平衡時沿玻璃激光介質(zhì)的厚度方向形成線性溫度梯度，這樣在玻璃激光介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的熱應(yīng)力為零，從而避免了玻璃激光介質(zhì)因熱應(yīng)力而發(fā)生斷裂現(xiàn)象，可實現(xiàn)高平均功率連續(xù)激光輸出。此外，本發(fā)明的玻璃激光器的結(jié)構(gòu)簡單，且適用于用作對材料的激光熱處理和其它對光束發(fā)散角要求不高的場合。
圖1為本發(fā)明的玻璃激光器的縱向剖面示視圖； 圖2為本發(fā)明的玻璃激光器的橫向剖面示視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。如圖所示，一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，包括諧振腔1、聚光器2和設(shè)置于聚光器2的上方的平板狀的玻璃激光介質(zhì)3，聚光器2與玻璃激光介質(zhì)3之間設(shè)置有用于保護玻璃激光介質(zhì)3的泵浦面的石英玻璃薄片5，玻璃激光介質(zhì)3的上表面上設(shè)置有流水冷卻器 6。在此，玻璃激光介質(zhì)3選用國產(chǎn)的N3122摻釹磷酸鹽玻璃，其尺寸為60mmX6 mmX200 mm，其寬度方向的兩側(cè)各具有6mm的非泵浦區(qū)31，在實際設(shè)計該玻璃激光器時，非泵浦區(qū)31為玻璃激光介質(zhì)3平行于激光束傳播方向的光軸的兩側(cè)各6mm的區(qū)域，非泵浦區(qū) 31的外側(cè)即玻璃激光介質(zhì)3寬度方向的兩側(cè)面上設(shè)置有5mm的軟包邊32，這樣玻璃激光介質(zhì)3的實際增益體積為(48X6X200) mm3，即為57. 6cm3。在此，諧振腔1包括全反鏡11和輸出鏡12，全反鏡11、玻璃激光介質(zhì)3和輸出鏡 12依次分布于激光束傳播方向的光軸上。聚光器2主要由內(nèi)壁鍍銀的三角形聚光器23組成，三角形聚光器23的橫截面呈三角形，三角形的頂角的角度β可設(shè)計為100度，三角形的底寬可設(shè)計為50mm，高為20mm，三角形聚光器23采用全腔水冷，其內(nèi)設(shè)置有流動冷卻水 24,三角形聚光器23內(nèi)設(shè)置有平行于激光束傳播方向的光軸的泵浦燈4，泵浦燈4對玻璃激光介質(zhì)3的下表面即泵浦面進行單面泵浦，泵浦燈4的中心與三角形聚光器23的頂角的端點之間的垂直距離L為16 18mm，在此泵浦燈4采用放電通道為Φ 16mmX 180mm的脈沖氙燈。而流水冷卻器6對玻璃激光介質(zhì)3的上表面即非泵浦面進行單面冷卻，流水冷卻器 6可采用現(xiàn)有的任意的可使冷卻水流通的冷卻器。這種單面泵浦單面冷卻的方式使激光器能夠在熱平衡時沿玻璃激光介質(zhì)的厚度方向形成線性溫度梯度，這樣在玻璃激光介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的熱應(yīng)力為零，從而避免了玻璃激光介質(zhì)因熱應(yīng)力而發(fā)生斷裂現(xiàn)象，可實現(xiàn)高平均功率連續(xù)激光輸出。在此具體實施例中，玻璃激光介質(zhì)3也可采用摻鉺磷酸鹽玻璃或摻鐿磷酸鹽玻
^^ ο本發(fā)明的玻璃激光器的脈沖氙燈的極限能量負載為10KJ，極限功率負載為62KW， 脈沖氙燈的實際脈沖放電能設(shè)定為^U，重復(fù)頻率設(shè)定為5HZ，則功率負載為10KW，在此條件下脈沖氙燈能安全運轉(zhuǎn)。摻釹磷酸鹽玻璃激光介質(zhì)的極限功率負載為300 W/cm3，實際使用為174W/cm3，達到的熱平衡時間為1分鐘，在熱平衡后可得到的脈沖能量40 50J穩(wěn)定的激光輸出，平均功率為200瓦以上，本發(fā)明的玻璃激光器可用作對材料的激光熱處理和其它對光束發(fā)散角要求不高的場合。
權(quán)利要求
1.一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，包括諧振腔、聚光器和設(shè)置于所述的聚光器的上方的玻璃激光介質(zhì)，所述的諧振腔包括全反鏡和輸出鏡，所述的全反鏡、所述的玻璃激光介質(zhì)和所述的輸出鏡依次分布于激光束傳播方向的光軸上，其特征在于所述的玻璃激光介質(zhì)呈平板狀，所述的聚光器主要由倒三角形聚光器組成，所述的三角形聚光器內(nèi)設(shè)置有流動冷卻水，所述的三角形聚光器內(nèi)設(shè)置有平行于激光束傳播方向的光軸的泵浦燈，所述的泵浦燈單面泵浦所述的玻璃激光介質(zhì)，所述的玻璃激光介質(zhì)的非泵浦面上設(shè)置有流水冷卻器， 所述的流水冷卻器單面冷卻所述的玻璃激光介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，其特征在于所述的玻璃激光介質(zhì)為摻釹磷酸鹽玻璃、摻鉺磷酸鹽玻璃、摻鐿磷酸鹽玻璃中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，其特征在于所述的聚光器與所述的玻璃激光介質(zhì)之間設(shè)置有用于保護所述的玻璃激光介質(zhì)的泵浦面的石英玻璃薄片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，其特征在于所述的三角形聚光器的頂角的角度為90 110度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，其特征在于所述的泵浦燈的中心與所述的三角形聚光器的頂角的端點之間的垂直距離為16 18mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高重復(fù)頻率的玻璃激光器，包括諧振腔、聚光器和平板狀的玻璃激光介質(zhì)，聚光器主要由三角形聚光器組成，聚光腔內(nèi)設(shè)置有流動冷卻水，聚光腔內(nèi)設(shè)置有平行于激光束傳播方向的光軸的泵浦燈，泵浦燈單面泵浦玻璃激光介質(zhì)，玻璃激光介質(zhì)的非泵浦面上設(shè)置有流水冷卻器，流水冷卻器單面冷卻玻璃激光介質(zhì)，優(yōu)點在于利用泵浦燈產(chǎn)生的熱量對玻璃激光介質(zhì)進行單面均勻加熱，玻璃激光介質(zhì)的非泵浦面通過流水冷卻器進行均勻冷卻，與雙面泵浦和冷卻的激光器相比，其在熱平衡時沿玻璃激光介質(zhì)的厚度方向形成線性溫度梯度，這樣在玻璃激光介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生的熱應(yīng)力為零，從而避免了玻璃激光介質(zhì)因熱應(yīng)力而發(fā)生斷裂現(xiàn)象，可實現(xiàn)高平均功率連續(xù)激光輸出。
文檔編號H01S3/042GK102280802SQ201110184768
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者宋寶安, 徐鐵峰, 戴世勛, 楊燕, 沈祥, 王訓四, 聶秋華 申請人:寧波大學