高效led泵浦的固體激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效LED泵浦的固體激光器。包括LED光源、入射鏡、反射鏡或涂覆有高反膜的貼片式LED、出射鏡、高折射率包裹層、激光增益介質(zhì)，LED光源的輸出面與入射鏡的入射面相連，入射面的出射面與高折射率包裹層相連，高折射率包裹層的內(nèi)部中心位置設(shè)有激光增益介質(zhì)，反射鏡或涂覆有高反膜的貼片式LED貼在高折射率包裹層的表面，高折射率包裹層的出射面與出射鏡的入射面與相連，激光從出射鏡的出射面射出。本發(fā)明易于實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)于有空間限制要求的激光平臺(tái)來說，具有較高的應(yīng)用前景。
【專利說明】高效LED泵浦的固體激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器的設(shè)計(jì)方法，尤其是LED泵浦固體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)固體激光器通常都是以寬光譜光源作為泵浦源。比較常見的脈沖泵浦源有充氙閃光燈，連續(xù)泵浦源有氪弧燈、碘鎢燈、鉀銣燈，因?yàn)楣庠吹陌l(fā)射光譜中只有一小部分可以為增益介質(zhì)所吸收，加上其他損耗，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率并不高，一般在千分之幾到百分之幾。
[0003]有些固體激光器采用激光作為泵浦源，因?yàn)榧す獾膯紊院头较蛐远己芎?，所以可以針?duì)增益介質(zhì)的進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而大大提升能量轉(zhuǎn)換效率。但是激光泵浦源的缺點(diǎn)在于功耗很高，而且通常體積大，啟動(dòng)時(shí)間長。
[0004]較新的固體激光器以LED (發(fā)光二極管)作泵浦源，優(yōu)點(diǎn)在于LED的發(fā)射波段很窄，可以和增益介質(zhì)的吸收光譜進(jìn)行匹配，并且成本低廉，體積小，啟動(dòng)時(shí)間較激光泵浦縮短很多，缺點(diǎn)在于LED的發(fā)射光發(fā)散角較大，方向性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種高效LED泵浦的固體激光器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種高效LED泵浦的固體激光器，包括:LED光源、入射鏡、反射鏡或涂覆有高反膜的貼片式LED、出射鏡、高折射率包裹層、激光增益介質(zhì)，LED光源的輸出面與入射鏡的入射面相連，入射面的出射面與高折射率包裹層相連，高折射率包裹層的內(nèi)部中心位置設(shè)有激光增益介質(zhì)，反射鏡或涂覆有高反膜的貼片式LED貼在高折射率包裹層的表面，高折射率包裹層的出射面與出射鏡的入射面與相連，激光從出射鏡的出射面射出。
[0007]優(yōu)選地，LED光源是貼片式LED，LED光源的發(fā)射波長與激光增益介質(zhì)的吸收光譜相對(duì)應(yīng)。
[0008]優(yōu)選地，入射鏡是反射率高于99%的入射透鏡。
[0009]優(yōu)選地，所述的高折射率包裹層為立方體時(shí)，反射鏡為平面反射鏡，涂覆高反膜為鋁膜、金膜、銀膜。
[0010]優(yōu)選地，所述的涂覆有高反膜的貼片式LED的LED與LED光源的規(guī)格一致，并且在表面涂覆鋁膜、金膜、銀膜。
[0011]優(yōu)選地，出射鏡是反射率高于95%的出射透鏡。
[0012]優(yōu)選地，所述的高折射率包裹層為折射率為1.6的高折射率UV膠，高折射率包裹層充當(dāng)整個(gè)固體激光器的諧振腔部分，支撐起整個(gè)激光器的結(jié)構(gòu)，LED光源在高折射率介質(zhì)中的臨界角小，從而提高了諧振腔的泵浦效率。
[0013]優(yōu)選地，激光增益介質(zhì)為Nd:KGW激光晶體，泵浦方式為側(cè)面泵浦加端面泵浦，形狀為圓柱體。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的使用LED泵浦的固體激光器的設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，便于激光方案的設(shè)計(jì)和安裝。該設(shè)計(jì)方法成本低廉，便于成品量產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是高效LED泵浦的固體激光器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是高效LED泵浦的固體激光器的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，I是LED光源，2是入射鏡，3是反射鏡，4是出射鏡，5是高折射率包裹層，6是激光增益介質(zhì)，7是涂覆有高反膜的貼片式LED。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]本發(fā)明通過將激光增益介質(zhì)包裹在高折射率介質(zhì)層內(nèi)，并用高反射系數(shù)界面將介質(zhì)層封裝的方式，彌補(bǔ)了 LED泵浦光方向性的缺陷，有效提高了 LED光源的泵浦效率。
[0018]參照?qǐng)D1，一種高效LED泵浦的固體激光器，包括:LED光源1、入射鏡2、反射鏡3、出射鏡4、高折射率包裹層5、激光增益介質(zhì)6，LED光源I的輸出面與入射鏡2的入射面相連，入射面2的出射面與高折射率包裹層5相連，高折射率包裹層5的內(nèi)部中心位置設(shè)有激光增益介質(zhì)6，反射鏡3或涂覆有高反膜的貼片式LED7貼在高折射率包裹層5的表面，高折射率包裹層5的出射面與出射鏡4的入射面與相連，激光從出射鏡4的出射面射出。所有部件均無縫貼合。
[0019]參照?qǐng)D2，另一種高效LED泵浦的固體激光器，圖1中的反射鏡3替換為涂覆有高反膜的貼片式LED7。為了增加激光輸出功率，在保證諧振腔正常工作的條件下，將反射鏡替換為與泵浦光源規(guī)格一致的貼片式LED，并在LED表面涂覆高反膜，如鋁膜，金膜，銀膜等，采用多LED協(xié)同泵浦的方式，提高泵浦光源功率。
[0020]在圖1和圖2中，高折射率包裹層5為立方體，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他形狀如圓柱體、多棱柱體、球體等也能實(shí)施本發(fā)明。
[0021]本發(fā)明的工作原理如下:
首先確定激光增益介質(zhì)的吸收譜，選取在可見光波段有較高吸收峰的材料作為增益介質(zhì)。然后利用高折射率介質(zhì)對(duì)增益介質(zhì)進(jìn)行包裹，最后進(jìn)行激光器封裝。
[0022]當(dāng)LED開始工作后，光源所發(fā)散出的泵浦光會(huì)在由反射鏡封裝的高折射率包裹層中反復(fù)反射，經(jīng)過激光增益介質(zhì)時(shí)會(huì)被介質(zhì)吸收，使得增益介質(zhì)被激活，介質(zhì)中的粒子會(huì)躍遷至高能級(jí)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，隨后又自發(fā)躍遷至下能級(jí)，產(chǎn)生自發(fā)輻射。這些自發(fā)輻射的光子會(huì)向四面八方傳播，只有沿諧振腔軸線方向傳播的光才能被反射鏡反射。當(dāng)高能級(jí)上的粒子與反射光子具有全同性時(shí)，產(chǎn)生受激輻射，當(dāng)受激輻射粒子數(shù)達(dá)到飽和時(shí)，會(huì)形成同波長、同相位的駐波(即激光)，并從出射鏡的出射端面射出。
【權(quán)利要求】
1.一種高效LED泵浦的固體激光器，其特征在于，包括:LED光源(I)、入射鏡(2)、反射鏡(3)或涂覆有高反膜的貼片式LED (7)、出射鏡(4)、高折射率包裹層(5)、激光增益介質(zhì)(6 )，LED光源(I)的輸出面與入射鏡(2 )的入射面相連，入射面(2 )的出射面與高折射率包裹層(5)相連，高折射率包裹層(5)的內(nèi)部中心位置設(shè)有激光增益介質(zhì)(6)，反射鏡(3)或涂覆有高反膜的貼片式LED (7)貼在高折射率包裹層(5)的表面，高折射率包裹層(5)的出射面與出射鏡(4)的入射面與相連，激光從出射鏡(4)的出射面射出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，LED光源(I)是貼片式LED，LED光源的發(fā)射波長與激光增益介質(zhì)的吸收光譜相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，入射鏡(2)是反射率高于99%的入射透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，所述的高折射率包裹層(5)為立方體時(shí)，反射鏡(3)為平面反射鏡，涂覆高反膜為鋁膜、金膜、銀膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，所述的涂覆有高反膜的貼片式LED(7)的LED與LED光源(I)的規(guī)格一致，并且在表面涂覆鋁膜、金膜、銀膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，出射鏡(4)是反射率高于95%的出射透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，所述的高折射率包裹層(5)為折射率為1.6的高折射率UV膠，高折射率包裹層(5)充當(dāng)整個(gè)固體激光器的諧振腔部分，支撐起整個(gè)激光器的結(jié)構(gòu)，LED光源在高折射率介質(zhì)中的臨界角小，從而提高了諧振腔的泵浦效率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體激光器，其特征在于，激光增益介質(zhì)(6)為Nd:KGW激光晶體，泵浦方式為側(cè)面泵浦加端面泵浦，形狀為圓柱體。
【文檔編號(hào)】H01S3/06GK103579892SQ201310522305
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】陳侃, 王晨歌, 黃騰超, 舒曉武, 劉承 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)