具有抑制橫向激射功能的玻璃基質(zhì)激光棒的制作方法
【專利摘要】一種具有抑制橫向激射功能的玻璃基質(zhì)激光棒，包括：圓柱形的玻璃激光棒，該玻璃激光棒的截面為圓形，包括三個部分，這三個部分的半徑分別為R1，R2和R3，并且滿足R1＜R2＜R3，其中R1為產(chǎn)生激光束的區(qū)域，R3為該玻璃激光棒的最大外周半徑，其中小于等于R1的區(qū)域中只是摻雜有工作物質(zhì)，其中在R1到R2的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)外，還摻雜有吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)，在R2到R3的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)、吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)外，還設(shè)置有沿玻璃激光棒縱向分布的通孔。
【專利說明】
具有抑制橫向激射功能的玻璃基質(zhì)激光棒

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體激光裝置，更具體的涉及一種具有抑制橫向激射功能的玻璃基質(zhì)激光棒，屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]固體激光器屬于非常常用的一種激光器，并且在日常的生產(chǎn)生活當中占據(jù)了很大的比例，固體激光器區(qū)別于氣體激光器的最大特點就在于其激射介質(zhì)為固體介質(zhì)，固體的激射介質(zhì)一般表現(xiàn)為圓柱形或者長方形，這就使得固體激光器伴隨著一種特有的缺陷，也即橫向激射，激光器的激射一般都發(fā)生在諧振腔的軸向，但是固體激光器由于在橫向上存在著由固體介質(zhì)與空氣之間形成的界面，該界面是由兩種物質(zhì)的折射率差形成的，從而有可能使得在橫向上形成諧振腔，雖然該諧振腔并不規(guī)則，并且端面的反射率一般都比較低，但是由于橫向增益的客觀性，大功率的固體激光器一般都存在著一定的橫向激射現(xiàn)象，橫向激射現(xiàn)象的發(fā)生造成泵浦能量極大的損失?，F(xiàn)有技術(shù)中存在各種各樣的消除橫向激射的方法，例如將固體激光棒浸入到折射率相近的液體中，或者對固體激光棒的表面進行一定的處理，消除其中的鏡面，但是這些方法或多或少的存在著一定的缺陷，例如浸入液體中導(dǎo)致裝置復(fù)雜，造價高。本發(fā)明正是針對這些缺陷提出來的，目的就是為了獲得一種簡單便捷，不需要增加額外裝置的固體激光棒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種具有抑制橫向激射功能的玻璃基質(zhì)激光棒，包括:圓柱形的玻璃激光棒，該玻璃激光棒的截面為圓形，包括三個部分，這三個部分的半徑分別為Rl，R2和R3，并且滿足Rl < R2 < R3，其中Rl為產(chǎn)生激光束的區(qū)域，R3為該玻璃激光棒的最大外周半徑，其中小于等于Rl的區(qū)域中只是摻雜有工作物質(zhì)，其中在Rl到R2的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)外，還摻雜有吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)，在R2到R3的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)、吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)外，還設(shè)置有沿玻璃激光棒縱向分布的通孔，該通孔連接該玻璃激光棒的兩個端面，并且從Rl到R3的區(qū)域中吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)的摻雜濃度是逐漸增大的，而工作物質(zhì)的濃度則由Rl開始沿徑向向外逐漸降低，并且滿足徑向上大于Rl的區(qū)域的折射率大于徑向上< Rl區(qū)域的折射率，并且從R2開始沿著徑向到R3的區(qū)域中的折射率是逐漸增大的，并且R2要大于1.2倍的Rl。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另外一實施例，逐漸增大的濃度Y滿足線性函數(shù)，也即，滿足Y = KR，其中K < 0.5，K表示比例系數(shù)，R為半徑。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另外一實施例，所述通孔的半徑要小于R3/20。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另外一實施例，其中通孔的密度沿著徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另外一實施例，所述通孔內(nèi)壁沿軸向延伸并且沿著圓周均勻分布的棱。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另外一實施例，所述棱的棱角為30度以下。
[0009]使用上述的激光棒，可在保證激光棒良好散熱正常工作的情況下實現(xiàn)良好的橫向激射抑制作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖1是本發(fā)明玻璃激光棒的整體示意圖；
[0011]附圖2是本發(fā)明的玻璃激光棒的截面示意圖。

【具體實施方式】
[0012]下面將在結(jié)合附圖的基礎(chǔ)上詳細描述本發(fā)明的裝置，附圖1示出了本發(fā)明的玻璃激光棒的整體示意圖，其為圓柱形，與現(xiàn)有技術(shù)中的玻璃激光棒的形狀是一致的。圖2示出了本發(fā)明中所采用的玻璃激光棒的截面圖，該玻璃激光棒的截面為圓形，包括三個部分，這三個部分的半徑分別為Rl，R2和R3，并且滿足Rl < R2 < R3，其中Rl為產(chǎn)生激光束的區(qū)域，該區(qū)域中只是摻雜有工作物質(zhì)，R3為該玻璃激光棒的最大外周半徑，其中在Rl到R2的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)外，還摻雜有吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)，在R2到R3的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)，吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)外，還設(shè)置有沿玻璃激光棒縱向分布的通孔，該通孔連接該玻璃激光棒的兩個端面，并且從Rl到R3的區(qū)域中吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)的摻雜濃度是逐漸增大的，而工作物質(zhì)的濃度則由Rl開始沿徑向向外逐漸降低，并且滿足徑向上大于Rl的區(qū)域的折射率大于徑向上< Rl區(qū)域的折射率，并且從R2沿著徑向到R3的區(qū)域中的折射率是逐漸增大的，并且R2要大于1.2倍的Rl。其中逐漸增大的濃度Y滿足線性函數(shù)，也即，滿足Y = KR，其中K <0.5，K表示比例系數(shù)，R為半徑。其中所述通孔的半徑要小于R3/20。其中優(yōu)選的是其中通孔的密度沿著徑向由內(nèi)向外逐漸增大(圖中未示出)，并且通孔內(nèi)壁沿軸向延伸并且沿著圓周均勻分布的棱(圖中未示出)，所述棱的棱角為30度以下。
[0013]下面詳細說明進行上述設(shè)置的原因以及所帶來的技術(shù)效果，Rl的區(qū)域內(nèi)只摻雜工作物質(zhì)，激光束在此區(qū)域中產(chǎn)生，Rl到R2的區(qū)域中摻雜有吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)，用于散射并吸收橫向的光，R2到R3區(qū)域中的吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)繼續(xù)對橫向光進行散射和吸收，該區(qū)域中的貫通孔用于通風(fēng)散熱。通過工作物質(zhì)摻雜濃度的降低以及吸收和散射物質(zhì)的濃度增加，使得從Rl開始向外，折射率逐漸增大，可避免全反射的產(chǎn)生，利于橫向光的導(dǎo)出，并且由于是工作物質(zhì)濃度逐漸降低，而散射和吸收物質(zhì)濃度逐漸增加，保持了物質(zhì)特性分布的連續(xù)性，利于器件的物理特性的穩(wěn)定并在光學(xué)上形成良好的光學(xué)特性。由于Rl到R3中的光吸收和光散射物質(zhì)會對工作物質(zhì)的折射率產(chǎn)生影響，為了避免折射率突變帶來的鏡面效應(yīng)，本發(fā)明創(chuàng)造性的采用了線性增加的摻雜濃度方式，并且經(jīng)過計算與驗證獲得當系數(shù)K小于0.5才能獲得較好的效果，當系數(shù)過大之后可能會產(chǎn)生一定的鏡面效果，但是，只是滿足這個條件并不能獲得好的效果，同時需要R2要大于1.2倍的R1，只有滿足這個條件才能獲得與0.5倍K相匹配的吸收散射區(qū)，其實該區(qū)域也可被認為是一個緩沖區(qū)，這個緩沖區(qū)緩沖了中間第一區(qū)域和第三區(qū)域之間的突變。其中R2到R3區(qū)域中的通孔可設(shè)置流通的氣流或者冷卻劑，其中優(yōu)選使用與玻璃的折射率具有一定差異性的冷卻液體，并且通孔密度由R2到R3的徑向上是逐漸增大的，其作用是進一步對光進行散射并且及時的疏散由該區(qū)域所產(chǎn)生的熱。為了平衡散熱與散射之間的作用，需要將通孔的半徑設(shè)置為小于R3/20，太大雖然可取得更好的散熱效果，但是散射作用減弱，太小雖然散射作用增強，但是會降低散熱效果，同時，由于通孔內(nèi)壁上分布有多個30度角以下的棱，這些棱能夠起到散射和吸收的作用，本發(fā)明正是通過上述相互協(xié)調(diào)的配置組合實現(xiàn)了最優(yōu)化的橫向激射抑制效果，并且能夠及時將熱量散發(fā)出去，不然由于散射和吸收所產(chǎn)生的熱量會將激光介質(zhì)損壞。
[0014]本發(fā)明的固體激光介質(zhì)雖然可取得良好的抑制橫向激射以及散熱效果，但是由于該固體激光介質(zhì)需要在工作區(qū)域之外設(shè)置更多的非工作區(qū)域，這種設(shè)置方式帶來的問題就是會增加成本，所以從成本的角度考慮，本發(fā)明只適用于玻璃基質(zhì)的固體激光介質(zhì)，而對于另外所常用的例如YAG等其他晶體的基質(zhì)材料，由于這些材料生長的價格極高，這種大量的非工作物質(zhì)浪費不適于這種應(yīng)用，所以本發(fā)明僅限于了玻璃基質(zhì)的固態(tài)激光工作物質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有抑制橫向激射功能的玻璃基質(zhì)激光棒，包括:圓柱形的玻璃激光棒，該玻璃激光棒的截面為圓形，包括三個部分，這三個部分的半徑分別為Rl，R2和R3，并且滿足Rl< R2 < R3，其中Rl為產(chǎn)生激光束的區(qū)域，R3為該玻璃激光棒的最大外周半徑，其中小于等于Rl的區(qū)域中只是摻雜有工作物質(zhì)，其中在Rl到R2的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)外，還摻雜有吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)，在R2到R3的區(qū)域中除摻雜有工作物質(zhì)、吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)外，還設(shè)置有沿玻璃激光棒縱向分布的通孔，該通孔連接該玻璃激光棒的兩個端面，并且從Rl到R3的區(qū)域中吸收光的物質(zhì)和光散射物質(zhì)的摻雜濃度是逐漸增大的，而工作物質(zhì)的濃度則由Rl開始沿徑向向外逐漸降低，并且滿足徑向上大于Rl的區(qū)域的折射率大于徑向上< Rl區(qū)域的折射率，并且從R2開始沿著徑向到R3的區(qū)域中的折射率是逐漸增大的，并且R2要大于1.2倍的Rl。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光棒，其特征在于:逐漸增大的濃度Y滿足線性函數(shù)，也即，滿足Y = KR，其中K < 0.5，K表示比例系數(shù)，R為半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光棒，其特征在于:所述通孔的半徑要小于R3/20。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的激光器，其特征在于:其中通孔的密度沿著徑向由內(nèi)向外逐漸增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光棒，其特征在于:所述通孔內(nèi)壁沿軸向延伸并且沿著圓周均勻分布著棱。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光棒，其特征在于:所述棱的棱角為30度以下。
【文檔編號】H01S3/16GK104348079SQ201410596842
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】任芝, 趙一名, 梁嘉娣, 蔣暢 申請人:華北電力大學(xué)（保定）