CN100407518C - 一种大功率固体激光器泵浦光的反射面设计方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率固体激光器泵浦光的反射面的设计方法及装置，属于激光技术领域。采用本方法设计的反射面包括椭圆弧反射面(1)和圆弧反射面(2)。具体设计方法为先采用常规的方法设计椭圆反射面，再采用光线追迹法确定工作物质的位置，然后确定椭圆弧反射面和圆弧反射面的交点。过工作物质位置中心作主轴的垂线，该线与椭圆反射面有两交点，则交点与临界点之间的两段椭圆弧线即为所求的椭圆弧反射面。以泵浦灯中心为圆心，以两临界点为圆弧端点画弧，即可得该段圆弧反射面。以过工作物质中心并与主轴垂直的直线AB为对称线，画出另一半图形即得该整个泵浦腔反射面。本发明设计反射面所得泵浦效果好，大大提高激光器输出功率及光束质量。

Description

一种大功率固体激光器泵浦光的反射面设计方法及装置
技术领域
本发明涉及一种大功率固体激光器泵浦光的反射面的设计方法及装置，属于激光技术领域。
背景技术
固体激光器泵浦光的反射面是激光器的耦合表面，其作用是将泵浦源即泵浦灯所发出的光都反射到激光器工作物质(激光晶体)上，对激光器的功率及光束质量起着决定性的作用。
目前，大功率镜面反射金属腔激光器，一般采用双灯泵浦单个激光晶体，其反射截面为纯椭圆形状，其布置为将双灯置于双椭圆焦点上，激光晶体置于重合焦点上，以三点所在直线为双椭圆长轴方向，与长轴垂直的方向为短轴方向。使用这种传统结构反射面的大功率固体激光器的效率低，光束质量差。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提出了一种大功率固体激光器泵浦光的反射面设计方法及装置。使用该方法设计的泵浦光反射面，能够提高大功率灯泵浦激光器的耦合效率及光束质量。
为了达到上述目的，本发明采取了如下技术方案。首先根据使用的工作物质7、泵浦灯4、滤紫外玻璃管6的尺寸，以及为夹持这些元件所加工装置的最小尺寸，确定单椭圆两焦点之间的距离即为椭圆2倍焦距，再由离心率e，e的取值范围为0.3＜e＜0.5即得该单椭圆长半轴，再由椭圆公式：焦距2＝长半轴2-短半轴2计算出短半轴，即可确定该单椭圆反射面，该方法设计的反射面包括有椭圆弧反射面1和圆弧发射面2，并相对于工作物质7的中心位置对称，具体是按以下步骤设计的：
1)利用反射及折射定律采用光线追迹法，确定工作物质7的中心位置，具体确定方法为：将泵浦灯4放在单椭圆反射面主轴上的一个焦点上，泵浦灯4发出的光线经折射、反射后再与主轴相交的交点即为工作物质7的中心；
2)然后确定椭圆弧反射面1和圆弧反射面2的交点，即反射面上的临界点3，确定方法为：放在单椭圆反射面1焦点上的泵浦灯4发出的泵浦光线经单椭圆反射面反射后与套在泵浦灯4外的玻璃管6的外壁相切时，则该光线在单椭圆反射面1上的入射点或反射点即为临界点；
3)过工作物质7位置中心作主轴的垂线，该线与单椭圆反射面1有两交点即A、B，则交点与临界点3之间的两段椭圆弧线即为所求的椭圆弧反射面1。
4)以泵浦灯4中心即椭圆焦点为圆心，以两临界点为圆弧端点画弧，即可得该段圆弧反射面。
5)以过工作物质7的中心并与主轴垂直的直线AB为对称线，画出另一半图形即得该整个泵浦腔反射面。
利用上述设计方法设计的反射面，该反射面包括有上反射面12和下反射面13，下反射面13的中间为两段椭圆弧反射面1，两端为圆弧反射面2，椭圆弧反射面1和圆弧反射面2的交点为临界点3，圆弧反射面2的圆心即为椭圆弧反射面1的焦点，圆弧反射面2的半径为椭圆弧反射面1的焦点到临界点3的距离，下反射面13的一端沿长轴方向设置有低台阶10，另一端沿长轴方向设置有高台阶11，低台阶10和高台阶11高低不同、方向相同；上反射面12和下反射面13相对于长轴对称，上反射面12的两端沿长轴方向设置有与下反射面13的低台阶10、高台阶11高低相同、方向相反的台阶，上反射面12和下反射面13通过两端的台阶能够相互配合连接。
本发明实现了泵浦腔反射面的优化，提高激光器总电光效率和光束质量。
附图说明
图1.发明设计的大功率固体激光器双椭圆反射面
图2.发明设计的半反射面实体截面
图3.发明设计的双椭圆反射面实体
图中：1、椭圆弧反射面，2、圆弧反射面，3、临界点，4、泵浦灯，5、冷却水，6、玻璃管，7、工作物质，8、椭圆长轴，9、椭圆短轴，10、低台阶，11、高台阶，12、上反射面，13、下反射面。
具体实施方式
下面结合附图1～图3，具体说明本实施例。
本发明所采用的技术方案如下。本发明中大功率固体激光器反射面的设计方法，具体为：首先根据使用的工作物质7、泵浦灯4、滤紫外玻璃管6的尺寸，以及为夹持这些元件所加工装置的最小尺寸，确定双椭圆中单椭圆两焦点之间的距离即为椭圆2倍焦距(即以下参数决定：泵浦灯4的半径、泵浦灯4与玻璃管6内壁间的距离(1-2mm)、玻璃管6厚度(1-1.5mm)、套工作物质7的玻璃管6的外径(由工作物质直径及其与玻璃管内壁的距离(与泵浦灯与玻璃管内壁间的距离相同))、夹持和固定玻璃管的机械加工件的两壁的厚度(小于等于玻璃管外壁之间的距离)。再由离心率(0.3＜e＜0.5)即得该单椭圆长半轴，再由椭圆公式：焦距2＝长半轴2-短半轴2计算出短半轴，即可确定该单椭圆。由于泵浦光发出到反射面再到工作物质7先后两次经过冷却水及玻璃管，而冷却水5和玻璃管6对有用的光谱的折射率不同，所以从椭圆一个焦点上发出的同心光束不再同心聚在另一焦点上，因此利用反射及折射定律采用光线追迹法确定工作物质的中心位置。所谓的光线追迹法就是泵浦灯发出的光线穿过冷却水5，在冷却水5和玻璃管6的交界面上折射进入玻璃管6，再从玻璃折射进入空气，在反射面上反射，其反射光线再射向工作物质7，则与刚才的过程相反，光由空气折射进入玻璃管6，再从玻璃管6折射进入冷却水5，最后在冷却水5与工作物质7表面发生折射，折射后进入工作物质7，被工作物质7吸收。工作物质7中心的具体确定方法为主轴上一焦点上的点光源发出的光线经折射、反射后再与主轴相交的交点即为工作物质的中心。然后确定泵浦光一次反射到达工作物质上时的这段椭圆弧线的端点，即反射面上的临界点3：泵浦灯发出的泵浦光线经单椭圆反射面反射后与套在泵浦灯外的玻璃管的外壁相切时，则该光线在单椭圆面上的入射点或反射点即为临界点。过工作物质7位置中心作主轴的垂线，该线与单椭圆反射面有两交点即A、B，则交点与临界点3之间的两段椭圆弧线即为所求的椭圆弧反射面1。该曲面能最大利用自聚焦椭圆面。由于玻璃管尺寸一般较大，则椭圆在长轴顶点处的弧线与玻璃管外壁相交，使整套装置无法装配，故以泵浦灯中心即椭圆焦点为圆心，以两临界点为圆弧端点画弧，即可得该段圆弧。最后以过工作物质7中心，与主轴垂直的直线AB为对称线，画出另一半图形即得该整个泵浦腔反射面。
利用上述方法制作的反射面，具体结构参见图2，该反射面包括有上反射面12和下反射面13，下反射面13的中间为两段椭圆弧反射面1，两端为圆弧反射面2，椭圆弧反射面1和圆弧反射面2的交点为临界点3，圆弧反射面2的圆心即为椭圆弧反射面1的焦点，圆弧反射面2的半径为椭圆弧反射面1的焦点到临界点3的距离，下反射面13的一端沿长轴方向设置有低台阶10，另一端沿长轴方向设置有高台阶11，低台阶10、高台阶11的高低不同、方向相同；上反射面12和下反射面13相对于长轴对称，上反射面12的两端沿长轴方向设置有与下反射面13的低台阶10、高台阶11高低相同、方向相反的台阶，上反射面12和下反射面13通过两端的台阶能够相互配合连接。
因更换泵浦灯之便利及激光器谐振腔设计的需要，本发明设计的大功率固体激光器反射面采用合二为一的结构。其方法：将双椭圆体沿其长轴方向剖开，分为对称的上反射面和下反射面，并在每个反射面长轴两端分别设计两个高低不同，方向相同的台阶，目的是减少泵浦腔漏光，降低激光器的域值，另外在更换泵浦灯时，只有顺着台阶才能将上下反射面合为一体，防止在更换泵浦灯时将泵浦灯电极反装。
根据本发明设计的大功率固体激光器反射面具体结构见图1～3：从泵浦灯4发射的泵浦光线经冷却水5和玻璃管6折射后，再经椭圆反射面1和圆反射面2反射，再依次经玻璃管6、冷却水5折射后较为均匀地聚焦在工作物质7上。
不同功率的激光器其反射面也不同，但其设计方法相同。则根据实际需要按照本发明的设计方法设计出类似于图1所示双椭圆反射面及圆反射面，采用黄铜为基质材料加工成截面为图2所示模块，对反射面进行抛光，达到要求光洁度时再在表面上度金属镍，再对镍抛光，然后在镍层上度纯金，最后将激光晶体和两支泵浦灯分别套上滤紫外玻璃管并放入对应的焦点上，合上上下两个反射面即得大功率固体激光器泵浦腔型。采用本发明实现国内尚无报道的工业大功率激光器输出最大单脉能量达56焦耳，总电光效率高达4.2％，激光光束参数乘积达25mm.mrad.达到本发明预期目的。

Claims (2)

1.一种大功率固体激光器泵浦光的反射面设计方法，首先根据使用的工作物质(7)、泵浦灯(4)、滤紫外玻璃管(6)的尺寸，以及为夹持这些元件所加工装置的最小尺寸，确定单椭圆两焦点之间的距离即为椭圆2倍焦距，再由离心率e，e的取值范围为0.3＜e＜0.5即得该单椭圆长半轴，再由椭圆公式：焦距2＝长半轴2-短半轴2计算出短半轴，即可确定单椭圆反射面，其特征在于，该方法设计的反射面包括有椭圆弧反射面(1)和圆弧反射面(2)，具体是按以下步骤设计的：
1)利用反射及折射定律采用光线追迹法，确定工作物质(7)的中心位置，具体确定方法为：将泵浦灯(4)放在单椭圆反射面主轴上的一个焦点上，泵浦灯(4)发出的光线经折射、反射后再与主轴相交的交点即为工作物质(7)的中心；
2)然后确定椭圆弧反射面(1)和圆弧反射面(2)的交点，即反射面上的临界点(3)，确定方法为：放在单椭圆反射面焦点上的泵浦灯(4)发出的泵浦光线经单椭圆反射面反射后与套在泵浦灯外的玻璃管(6)的外壁相切时，则该光线在单椭圆反射面上的反射点即为临界点(3)；
3)过工作物质(7)位置中心作主轴的垂线，该垂线与单椭圆反射面有两交点即A、B，则该两交点与临界点之间的两段椭圆弧线即为所求的椭圆弧反射面(1)；
4)以泵浦灯中心即椭圆焦点为圆心，以两临界点(3)为圆弧端点画弧，即可得所求的圆弧反射面(2)；
5)以过工作物质(7)中心并与主轴垂直的直线AB为对称线，画出另一半图形即得整个泵浦腔反射面。
2.利用权利要求1所述的一种大功率固体激光器泵浦光的反射面设计方法设计的反射面，其特征在于：该反射面包括有上反射面(12)和下反射面(13)，下反射面(13)的中间为两段椭圆弧反射面(1)，两端为圆弧反射面(2)，椭圆弧反射面(1)和圆弧反射面(2)的交点为临界点(3)，圆弧反射面(2)的圆心即为椭圆弧反射面(1)的焦点，圆弧反射面(2)的半径为椭圆弧反射面(1)的焦点到临界点(3)的距离，下反射面(13)的一端沿长轴方向设置有低台阶(10)，另一端沿长轴方向设置有高台阶(11)，低台阶(10)和高台阶(11)高低不同、方向相同；上反射面(12)和下反射面(13)相对于长轴对称，上反射面(12)的两端沿长轴方向设置有与下反射面(13)的低台阶(10)、高台阶(11)高低相同、方向相反的台阶，上反射面(12)和下反射面(13)通过两端的台阶能够相互配合连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101626137B (zh) * 2008-07-11 2011-03-02 武汉楚天激光（集团）股份有限公司 双棒双灯双腔聚光腔
CN102354899A (zh) * 2011-09-06 2012-02-15 湖北星业光电科技有限公司 双灯复合聚光腔
CN104852265B (zh) * 2015-06-10 2017-11-28 湖北工业大学 一种高效率钬激光器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1053148A (zh) * 1989-12-30 1991-07-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 板状激光器的均匀照明器
JPH06177470A (ja) * 1992-12-10 1994-06-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振装置
CN1149213A (zh) * 1996-09-01 1997-05-07 华中理工大学 双光束钇铝石榴石激光器
JPH11330590A (ja) * 1998-05-14 1999-11-30 Fuji Electric Co Ltd 固体レーザ装置
JP2000188438A (ja) * 1998-12-22 2000-07-04 Shibaura Mechatronics Corp レーザ発振器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1053148A (zh) * 1989-12-30 1991-07-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 板状激光器的均匀照明器
JPH06177470A (ja) * 1992-12-10 1994-06-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振装置
CN1149213A (zh) * 1996-09-01 1997-05-07 华中理工大学 双光束钇铝石榴石激光器
JPH11330590A (ja) * 1998-05-14 1999-11-30 Fuji Electric Co Ltd 固体レーザ装置
JP2000188438A (ja) * 1998-12-22 2000-07-04 Shibaura Mechatronics Corp レーザ発振器

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