CN101005188A

CN101005188A - 全风冷式端面泵浦激光器

Info

Publication number: CN101005188A
Application number: CN 200610033153
Authority: CN
Inventors: 高云峰; 蔡元平; 张洪鑫; 吕凤萍; 任宁
Original assignee: Shenzhen Hans Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Hans Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-07-25

Abstract

本发明揭露一种全风冷式端面泵浦激光器，包括激光元器件、激光泵浦源、温度控制装置，整个激光器一体化设计，其腔体布局包括装置激光元器件的激光谐振腔部分、装置激光泵浦源的泵浦腔部分、装置温度控制装置的温度控制腔部分及散热器，激光谐振腔部分和泵浦腔部分紧邻温度控制部分的吸热端，散热器装置在温度控制部分的散热端。本发明整个激光器腔体一体化设计，使结构紧凑简洁，占用较小的体积；利用半导体热电制冷器作为制冷元件，使整个激光器散热效果好，温度控制精确。

Description

全风冷式端面泵浦激光器

【技术领域】

本发明涉及激光元器件，尤其是关于一种全风冷式端面泵浦固体激光器。

【技术背景】

传统的固体激光器通常采用灯泵浦，其泵浦效率约为3％到6％。泵浦灯发射出的大量能量转化为热能，不仅造成固体激光器需采用笨重的冷却系统，而且大量热能会造成工作物质不可消除的热透镜效应，使光束质量变差。加之泵浦灯的寿命约为300小时，操作人员需花很多时间频繁地换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低。与传统灯泵浦激光器比较，半导体泵浦激光器具有以下优点：转换效率高、性能可靠、寿命长、输出光束质量好等特点。

在半导体泵浦的激光器中，传统的激光器几乎全部使用水来循环冷却，这不可避免的存在冷水机体积庞大、温度控制不够精准且一般只能设置一个温度、能耗大、噪音大等问题。对于端面泵浦激光器来说，对温度控制精度要求高且需有不同基准温度，如果采用风冷方式对端面泵浦激光器内各器件进行冷却则是非常合适的。

在国内已报道的、采用全风冷方式的半导体泵浦激光器中，其输出的红外激光功率都小于10W，如武汉大华激光科技有限公司的DPSS-05激光器；Melles Griot公司的DPSS激光器(输出功率1-5W)。目前在国内还没有见报道有自主研发的、功率超过10W的、风冷的DPSS激光器。

【发明内容】

本发明所欲解决的技术问题是提供一种结构紧凑简洁、体积小，散热性能好、温度控制精准，光光转换效率高、长期稳定性能好的全风冷式端面泵浦激光器。

本发明所采用的技术方案是：全风冷式端面泵浦激光器，包括激光元器件、激光泵浦源、温度控制装置，整个激光器一体化设计，其腔体布局包括装置激光元器件的激光谐振腔部分、装置激光泵浦源的泵浦腔部分、装置温度控制装置的温度控制腔部分及散热器，激光谐振腔部分和泵浦腔部分紧邻温度控制部分的吸热端，散热器装置在温度控制部分的散热端。

本发明所达到的技术效果是：整个激光器腔体一体化设计，使结构紧凑简洁，占用较小的体积；利用半导体热电制冷器作为制冷元件，使整个激光器散热效果好，温度控制精准。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明全风冷式端面泵浦激光器的半导体热电制冷器的冷却原理示意图。

图2是本发明全风冷式端面泵浦激光器的光路示意图。

图3是本发明全风冷式端面泵浦激光器的结构示意图。

图4是本发明全风冷式端面泵浦激光器的调Q频率为10KHz的单个脉冲波形图。

图5是本发明全风冷式端面泵浦激光器电流为30A时的长期稳定性坐标图。

图6是本发明全风冷式端面泵浦激光器的二维光强分布图。

【具体实施方式】

本发明针对传统水冷激光器不可避免的存在冷水机体积庞大、温度控制不够精确且一般只能设置一个温度、能耗大、噪音大等问题，设计了一种一体化结构的全风冷式端面泵浦激光器，将温度控制装置、激光发生装置整合为一体，极大地提高了激光器的抗干扰性、长期工作稳定性和配套方便性。

本发明全风冷式端面泵浦激光器，选用半导体热电制冷器作为温度控制装置的制冷元件，其工作原理如下：给半导体热电制冷器通直流电，借助于直流电流中载流子的定向移动，分别将制冷器的热量从一端移至另一端，实现了制冷器一端吸热而另一端散热的制冷效应，通过精确控制直流电的电流值可控制其温度，其结构如图1所示。实际应用过程中，只要将发热元件置于半导体热电制冷器的吸热端，同时对半导体热电制冷器散热端的热量及时散开，就能达到冷却发热元件的目的。如图1所示，将需冷却的光学器件(即发热元件)10安装在半导体热电制冷器20的吸热端，散热器30装在半导体热电制冷器20的散热端，半导体热电制冷器20引出导线可外接直流电源。

如图2所示是本发明全风冷式端面泵浦激光器的光路示意图，它由固定于同一轴线7上的泵浦源1，光学耦合系统2，全反镜3，激光增益介质4，调Q器件5，输出镜6组成，泵浦源1采用激光二极管。其中发热元件为泵浦源1、激光增益介质4和调Q器件5，即时将这些发热元件所产生的热量散开是实现本发明激光器长期稳定可靠工作的重要保证。

在本发明全风冷式端面泵浦激光器的整体结构设计中，考虑到各发热元器件的散热需要、整个激光器腔体一体化结构需要、各部件密封等级不同的需要，将其布局为四大部分：激光谐振腔部分40、泵浦腔部分50、温度控制腔部分20’及散热翅片30’，具体结构如图3所示。谐振腔是激光产生的地方，激光谐振腔部分40内装置由固定于同一轴线上的光学谐振腔(由全反镜3和输出镜6组成)、激光增益介质4、调Q元件5等元器件，该腔体要求加工精度高，密封性能好；泵浦腔部分50作为激光泵浦源1的安装腔体，不但要求完全密封，而且还要精确控制其温度，因为在整个激光器中，激光二极管泵浦源工作时所产生的热量最大，需即时将其产生的热量散开；温度控制腔部分20’内集成了各温度控制装置或控制器件，需要很好的电磁兼容性；散热翅片30’的作用是给安装在温度控制腔部分20’内的半导体热电制冷器20的热端散热，所以需要有足够的散热能力。通过以上的巧妙设计，本发明全风冷式端面泵浦激光器的机械结构显得非常的紧凑简洁，体积又小，实用性强。

图4、图5和图6分别是在本发明全风冷式端面泵浦激光器上所得到的相关实验结果，图4是本发明全风冷式端面泵浦激光器的调Q频率为10KHz的单个脉冲波形图；图5是本发明全风冷式端面泵浦激光器电流为30A时的长期稳定性坐标图；图6是本发明全风冷式端面泵浦激光器的二维光强分布图。本发明为自主研发，采用半导体激光二极管作为激光泵浦源，所有发热元件完全采用风冷的方式，通过巧妙的机械和光学设计，使得其结构紧凑简洁、体积小，激光功率为14W，光束质量M²为1.6，光光转换效率超过45％，长期稳定性小于1％，其技术填补了国内空白，产品性能达到国际先进水平。

Claims

1.一种全风冷式端面泵浦激光器，包括激光元器件、激光泵浦源、热电制冷器，其特征在于：整个激光器腔体一体化设计，其内腔布局包括装置激光元器件的激光谐振腔部分、装置激光泵浦源的泵浦腔部分，其外腔布局包括装置热电制冷器的温度控制腔部分及散热器，激光谐振腔部分和泵浦腔部分紧邻温度控制腔的吸热端，散热器装置在温度控制部分的散热端。

2.如权利要求1所述的全风冷式端面泵浦激光器，其特征在于：所述激光泵浦源为激光二极管。

3.如权利要求1所述的全风冷式端面泵浦激光器，其特征在于：所述热电制冷器是电磁兼容性很好的半导体热电制冷器。

4.如权利要求3所述的全风冷式端面泵浦激光器，其特征在于：所述半导体热电制冷器通直流电时，借助于电流中载流子的定向移动，分别将制冷器的热量从一端移至另一端。

5.如权利要求1所述的全风冷式端面泵浦激光器，其特征在于：全风冷式端面泵浦激光器的光路系统包括位于同一轴线上的泵浦源(1)，光学耦合系统(2)，全反镜(3)，激光增益介质(4)，调Q器件(5)，输出镜(6)。