高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd:YAG激光模塊的制作方法
【專利摘要】高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd:YAG激光模塊，其包括：玻璃管（1）、裝設(shè)在所述玻璃管中的Nd:YAG激光棒（2）、沿著玻璃管圓周等分的排列有用于泵浦Nd:YAG激光棒（2）的激光二極管線陣列（3）以及反射鏡（4）。激光模塊（9）由兩端的固定板（5）、上部的模塊外殼（6）以及底部的模塊底板（7）進(jìn)行封裝。本發(fā)明，采用885nm半導(dǎo)體激光二極管線陣列泵浦Nd:YAG晶體棒，相比于808nm泵浦激光模塊，有效減小熱載近30%，從而有效減小激光模塊熱光效應(yīng)，對泵浦光采用雙程有效吸收，并增大Nd:YAG激光棒摻雜濃度，實(shí)現(xiàn)高功率、高電光效率激光輸出。
【專利說明】高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd:YAG激光模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd: YAG激光模塊，屬于固體激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為激光模塊領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前用于工業(yè)加工的高功率全固態(tài)激光器一般由幾個激光模塊串聯(lián)構(gòu)成，通過諧振或者諧振放大的方式實(shí)現(xiàn)高功率輸出，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)?；谠擃惣す馄鞯募庸ぱb備廣泛應(yīng)用于汽車、鐵路、船舶、冶金、石化、國防以及航空航天等領(lǐng)域。激光模塊通常為泵浦源(激光二極管)與工作物質(zhì)(晶體棒)的集成體，是激光器的核心部件。然而激光器獲得高功率、高光束質(zhì)量輸出受限于熱光效應(yīng)，雖然采用不同的泵浦結(jié)構(gòu)與增益介質(zhì)形狀可減小熱光效應(yīng)。減少熱管效應(yīng)的非常有效途徑之一是采用同能帶泵浦方法減小量子虧損。采用808nm激光二極管泵浦Nd = YAG激光晶體輸出1064nm激光時，量子虧損為24% ；而采用885nm泵浦時，量子虧損為17%，從而有效減小熱載近30%。而目前商用Nd: YAG激光模塊均采用808nm泵浦，未見有885nm激光二極管側(cè)泵Nd = YAG激光模塊報(bào)道。另一方面采用885nm直接泵浦基態(tài)粒子至激光上能級，使得量子效率接近于1，從而提高激光輸出斜效率。采用885nm激光二極管端面泵浦Nd: YAG激光棒獲得高功率、高效率1064nm激光輸出已有相關(guān)報(bào)道(R.Lavi, S.Jackel, A.Tal, E.Lebiush, Y.Tzuk, S.Goldring,Opt.Commun., 195, 5 -6, 427 - 430 (2001) ；Maik Frede, Ralf Wilhelm, and DietmarKracht, Opt.Lett.31, 3618-3619 (2006) ；Fang-Qin, Li, et al.Chinese PhysicsLetters 26.11，114206(2009))，但是由于Nd: YAG激光晶體在885nm處吸收系數(shù)較808處小，端面泵浦結(jié)構(gòu)可增加激光棒的長度，而側(cè)面泵浦需要解決泵浦光吸收效率低的難題。本發(fā)明采用對885nm激光二極管線陣側(cè)面泵浦光通過反射鏡兩次通過激光棒與增大激光棒摻雜濃度來提高泵浦光吸收效率，實(shí)現(xiàn)高功率、高電光效率激光輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了有效減小激光模塊的熱光效應(yīng)，本發(fā)明的目的在于提供高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd = YAG激光模塊，實(shí)現(xiàn)高功率輸出。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd = YAG激光模塊，包括玻璃管、所述的玻璃管中裝設(shè)有Nd = YAG激光棒、沿著玻璃管圓周等分的排列有用于泵浦Nd: YAG激光棒的激光二極管線陣列以及反射鏡，形成激光模塊。
[0005]所述的激光模塊由兩端的固定板、上部的模塊外殼以及底部的模塊底板進(jìn)行封裝。
[0006]所述玻璃管、Nd:YAG激光棒結(jié)合O型橡膠圈與模塊端面固定結(jié)構(gòu)形成水密封結(jié)構(gòu)，在玻璃管中通入水以冷卻Nd = YAG激光棒。
[0007]所述激光模塊由模塊端面固定結(jié)構(gòu)、模塊外殼以及模塊底板形成塵密封結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的激光棒與激光二極管線陣列并聯(lián)通水冷卻:Nd:YAG激光棒采用在玻璃管中通水表面冷卻；激光二極管線陣列采用宏通道熱沉通水冷卻。
[0009]所述的激光二極管線陣列的激光輸出中心波長為885nm，激光線寬小于2.5nm。
[0010]所述的Nd:YAG激光棒為單晶、陶瓷或納米材料，Nd:YAG激光棒摻雜濃度大于等于I at.%。
[0011 ] 所述的反射鏡為平面鏡或者平-凹柱鏡，反射鏡鍍885nm高反膜，其反射率R>95%。
[0012]所述玻璃管鍍885nm高透膜，其透過率T>99%。
[0013]所述的激光二極管線陣列數(shù)量為奇數(shù)，并與反射鏡數(shù)量相同。
[0014]本發(fā)明，采用885nm半導(dǎo)體激光二極管線陣列泵浦Nd:YAG晶體棒，相比于808nm泵浦激光模塊，有效減小熱載近30%，從而有效減小激光模塊熱光效應(yīng)，對泵浦光采用雙程有效吸收，并增大Nd = YAG激光棒摻雜濃度，實(shí)現(xiàn)高功率、高電光效率激光輸出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的激光模塊橫剖面示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的激光模塊縱剖面示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的激光模塊封裝示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例激光模塊測試平平諧振腔示意圖。
[0019]圖5是實(shí)施例激光模塊測試輸入電流-輸出功率曲線。
[0020]其中1-玻璃管，2-Nd: YAG激光棒，3-激光二極管線陣列，4-反射鏡，5-模塊端面固定板，6-模塊外殼，7-模塊底板，8-1064nm高反鏡，9-激光模塊，10-輸出鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0021]由圖1、圖2知，高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd = YAG激光模塊，包括玻璃管1、裝設(shè)在所述玻璃管I中的Nd: YAG激光棒2、沿著玻璃管圓周等分的排列有用于泵浦Nd: YAG激光棒2的激光二極管線陣列3以及反射鏡4 ;形成激光模塊9。
[0022]由圖3知，是本發(fā)明的激光模塊封裝示意圖。所述的激光模塊9由兩端的固定板5、上部的模塊外殼6以及底部的模塊底板7進(jìn)行封裝。玻璃管1、NdiYAG激光棒2結(jié)合O型橡膠圈與模塊端面固定板5形成水密封結(jié)構(gòu)。激光模塊9由模塊端面固定板5、模塊外殼6以及模塊底板7形成塵密封結(jié)構(gòu)。
[0023]在本實(shí)施例中，所述玻璃管I直徑為10mm，長度為168mm。表面鍍885nm高透膜，透過率大于99.8%。確定Nd: YAG激光棒2為單晶，直徑為6mm，長度為188mm。摻雜濃度為Iat.%，對885nm激光最大吸收系數(shù)為1.8cm^o激光二極管線陣列3輸出中心波長為885nm(25°C)，線寬小于2.5nm，最大輸出功率為400W，泵浦電流為37A。采用相對于激光棒3維對稱泵浦方式。所述反射鏡4為平-凹柱面鏡，凹面反射泵浦光，鍍885nm高反膜，反射率大于99.8%。反射鏡使得反射的泵浦光快軸焦點(diǎn)位于晶體棒中心。所述激光棒2與激光二極管線陣列3并聯(lián)通水冷卻。總流量為40L/min。
[0024]由圖4知，是本發(fā)明實(shí)施例激光模塊測試平平諧振腔示意圖。諧振腔由高反鏡8與輸出鏡10組成，均為平面鏡。激光模塊9提供增益介質(zhì)與泵浦源，并且與高反鏡8、輸出鏡10距離相等。
[0025]由圖5知，是本實(shí)施例激光模塊測試輸入電流-輸出功率曲線。搭建平平對稱腔測試輸出功率，諧振腔長600mm，輸出鏡10的透過率為20%。最大泵浦電流37A，輸出激光功率為650W，電光效率為20.1%。相比于本公司的808nm泵浦激光模塊，具有小的熱光效應(yīng)，更高的電光效率，從而獲得更高的輸出功率。
【權(quán)利要求】
1.高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，包括玻璃管(I)、所述的玻璃管中裝有Nd: YAG激光棒(2)、沿著玻璃管(I)圓周等分的排列有用于泵浦Nd: YAG激光棒(2)的激光二極管線陣列(3)以及反射鏡(4);形成激光模塊(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述的激光模塊由兩端的固定板(5)、上部的模塊外殼(6)以及底部的模塊底板(7)進(jìn)行封裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述玻璃管(I)、激光棒(2)結(jié)合O型橡膠圈與模塊端面固定板(5)形成水密封結(jié)構(gòu)，在玻璃管(I)中通入水以冷卻Nd: YAG激光棒(2 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述激光模塊由模塊端面固定結(jié)構(gòu)(5)、模塊外殼(6)以及模塊底板(7)形成塵密封結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述的激光棒(2)與激光二極管線陣列(3)并聯(lián)通水冷卻:Nd:YAG激光棒(2)采用在玻璃管中通水表面冷卻；激光二極管線陣列(3)采用宏通道熱沉通水冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述的激光二極管線陣列(3)的激光輸出中心波長為885nm，激光線寬小于2.5nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述的Nd:YAG激光棒(2)為單晶、陶瓷或納米材料，Nd:YAG激光棒(2)摻雜濃度大于等于I at.%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述的反射鏡(4)為平面鏡或者平-凹柱鏡，反射鏡(4)鍍885nm高反膜，其反射率R>95%o
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于:所述玻璃管(I)鍍885nm高透膜，其透過率T>99%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率885nm激光二極管側(cè)泵Nd= YAG激光模塊，其特征在于，所述的激光二極管線陣列(3)數(shù)量為奇數(shù)，并與反射鏡(4)數(shù)量相同。
【文檔編號】H01S3/0941GK104466644SQ201410765491
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】董智勇, 趙鵬飛, 丁大偉, 林學(xué)春, 林培晨 申請人:江蘇中科四象激光科技有限公司