專利名稱：一種大功率固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體激光器件。
固體激光器的諧振腔，是由全反射鏡、輸出鏡和裝有激光工作物質(zhì)(下稱激光棒)及泵燈的聚光腔所組成。為了獲得大功率的激光輸出，現(xiàn)有的激光器，一般都采用多個(gè)聚光腔組成的多級(jí)運(yùn)轉(zhuǎn)形式。即將幾支園形截面的激光棒串接起來(lái)，每支棒分別用燈泵浦。采用串接的方式，能獲得較大的激光功率輸出，但是由多個(gè)聚光腔組成的激光器體積大，諧振腔長(zhǎng)、設(shè)計(jì)調(diào)試?yán)щy，工業(yè)使用的可靠性、穩(wěn)定性較差，而且由于熱畸變等原因，輸出的光束質(zhì)量差，發(fā)散角一般到20mrad左右，特別是當(dāng)園柱形激光棒的截面積增大時(shí)情況更為嚴(yán)重。
為了提高光束質(zhì)量，減少熱畸變，人們將激光工作物質(zhì)制成板條形、盤形，但這樣加工困難，效果仍不理想。最近，國(guó)內(nèi)推出了一種在園形截面激光棒上開(kāi)散熱槽的新方案(專利號(hào)CN2078051U)，可在單級(jí)激光器上使用，附

圖1為此方案的示意。在大直徑園截面激光棒上開(kāi)散熱槽，很大程度改善了散熱條件，但在實(shí)際激光器上實(shí)施這個(gè)方案，要求冷卻水通暢地進(jìn)入散熱槽深處，實(shí)現(xiàn)理想的熱交換，并不容易。同時(shí)，單級(jí)大功率激光器必須采用多燈泵浦，泵浦效率一般較低，如何提高其效率，也是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問(wèn)題，使大截面激光棒能在一般冷卻水壓的條件下，得到充分均勻的冷卻，同時(shí)盡量提高多燈泵浦的效率，在單級(jí)激光器上獲得大功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。
本發(fā)明是通過(guò)采用大直徑帶槽環(huán)形截面的激光棒和改變腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
如附圖2所示，激光棒1的環(huán)形截面上開(kāi)有散熱槽2，長(zhǎng)度方向不開(kāi)通。在聚光腔內(nèi)，如附圖3、附圖4所示，激光棒外周設(shè)置泵燈3，激光棒中心設(shè)置泵燈4。中心的冷卻方法如附圖5所示，冷卻水6從有孔的全反射鏡5通過(guò)，經(jīng)泵燈4表面，流到激光棒內(nèi)園柱面，再經(jīng)散熱槽2進(jìn)入聚光腔。激光棒中心不設(shè)泵燈時(shí)，如附圖6所示，則用拉桿11及兩個(gè)軟堵頭10密封，并在聚光腔內(nèi)設(shè)置兩個(gè)很薄的檔水板7。由反光體9兩端狹縫8通過(guò)的冷卻水，被檔水板7引入激光棒散熱槽，使其得到充分均勻的冷卻。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)一支大直徑帶槽的環(huán)形截面激光棒，相當(dāng)多支園形截面激光棒并聯(lián)。而其散熱面積比同等截面積的園形棒散熱面積大得多。因此可在輸出大功率激光的同時(shí)，減少熱畸變，提高輸出光束質(zhì)量。
(2)在帶槽環(huán)形截面激光棒外周設(shè)置多支泵燈的同時(shí)，在中心也設(shè)置泵燈，明顯的提高了多燈泵浦效率。
(3)帶槽環(huán)形截面激光棒中心不設(shè)泵燈，用拉桿及軟堵頭實(shí)現(xiàn)密封，方案易于實(shí)施，使用范圍寬，中心孔為7mm左右的激光棒也可使用。
(4)在聚光腔內(nèi)設(shè)置檔水板，可使冷卻水以近似等截面的流動(dòng)條件通過(guò)激光棒散熱槽，不至產(chǎn)生渦流、紊流和死角現(xiàn)象，從而在一般水壓條件下使激光棒得到充分均勻的冷卻。
實(shí)施本發(fā)明的實(shí)例(1)，帶槽環(huán)形截面激光棒，外徑34，內(nèi)徑22，9個(gè)1.5寬的散熱槽，棒長(zhǎng)130，散熱槽長(zhǎng)110，外周9支泵燈，中心一支泵燈。根據(jù)計(jì)算，激光棒截面積相當(dāng)10支∮8園棒，散熱面積比10支園棒大。若每支燈輸入4KW，總效率2.5%即可得到千瓦級(jí)的激光輸出，而光束發(fā)散角優(yōu)于單支∮8園棒在輸出百瓦時(shí)的發(fā)散角。
實(shí)例(2)，帶槽環(huán)形截面激光棒，外徑21，內(nèi)徑7，6個(gè)寬1.5的散熱槽，棒長(zhǎng)140，槽長(zhǎng)120，外周6支泵燈。根據(jù)計(jì)算，激光棒截面積相當(dāng)5支∮8園棒，散熱面積比5支∮8的大40%。若每支燈輸入4KW，總效率3%，可出激光0.7KW。光束質(zhì)量與實(shí)例(1)相同。
權(quán)利要求
1.大功率固體激光器，諧振腔包括輸出鏡、全反射鏡和聚光腔、其特征是，諧振腔中只用一個(gè)聚光腔，一支大直徑帶槽環(huán)形截面激光棒1，環(huán)形截面上開(kāi)有散熱槽2。
2.權(quán)利要求1所述激光器，其特徽是在聚光腔內(nèi)的帶槽環(huán)形截面激光棒外周設(shè)置6-9支泵燈3，激光棒中心設(shè)置一支泵燈4;諧振腔中的全反射鏡5中心有一通孔。
3.權(quán)利要求1所述激光器，其特徽是在聚光腔內(nèi)的帶槽環(huán)形截面激光棒外周設(shè)置6-9支泵燈3，激光棒中心有一拉桿11和兩個(gè)軟密封堵頭10。
4.權(quán)利要求3所述激光器，其特徽是在聚光腔內(nèi)設(shè)置兩個(gè)擋水板7，冷卻水從反光體9兩端狹縫8通過(guò)。
全文摘要
一種大功率固體激光器，其諧振腔包括輸出鏡、全反射鏡和聚光腔等，特征是諧振腔內(nèi)只用一個(gè)聚光腔，一支大直徑帶槽環(huán)形截面的激光棒和多燈泵浦。冷卻水在聚光腔中以近似等截面的流動(dòng)條件，對(duì)激光棒進(jìn)行充分的冷卻。大直徑帶槽環(huán)形截面的激光棒，截面積相當(dāng)于多支圓形截面激光棒，而其散熱面積比同等截面積的圓棒要大得多。因此可以在獲得大功率激光輸出的同時(shí)，減少熱畸變，獲得高的光束質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01S3/16GK1071032SQ9210871
公開(kāi)日1993年4月14日 申請(qǐng)日期1992年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月28日
發(fā)明者劉萬(wàn)中, 陸世勇 申請(qǐng)人:國(guó)營(yíng)第七○六廠