CN101740996A - 一种半导体二极管阵列侧面泵浦2μm激光模块 - Google Patents

Abstract

本发明是一种半导体二极管阵列侧面泵浦2μm激光模块，属于激光技术领域。本发明由半导体二极管阵列、2μm激光晶体、半导体二极管阵列热沉、激光晶体热沉和热沉反射面组成。半导体二极管阵列输出的泵浦光进入2μm激光晶体并被其吸收，未吸收尽的泵浦光被激光晶体热沉的表面所反射，再次进入2μm激光晶体获得再次吸收；激光晶体热沉的反射面上镀对泵浦光的高反膜，使用中该反射面与2μm激光晶体紧包接触，不但对2μm激光晶体进行传导冷却，还将未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶体，提高2μm激光晶体对于泵浦光的吸收，从而获得更大功率的2μm激光输出。

Description

一种半导体二极管阵列侧面泵浦2μm激光模块

技术领域

本发明公开一种半导体二极管阵列侧面泵浦的2μm激光模块，属于激光技术领域。

背景技术

目前侧面泵浦模块通常采用激光二极管单管或阵列环绕一周的方式，对激光晶体进行侧面泵浦。这种结构下激光晶体大多放在内径比激光晶体大的玻璃套管中，二者之间的间隙充满了用于对激光晶体进行冷却的液体。半导体二极管单管或者阵列发射的泵浦光，需要先经过玻璃套管，再经过冷却液，然后才能进入激光晶体内部，被激光晶体所吸收，未吸收的泵浦光则透过激光晶体传输到另一边。多数的2μm激光晶体，比如Tm:YAG、Tm:LuAG等，对半导体泵浦光(通常为785nm)的吸收系数较差，通常只有Nd:YAG晶体对于808nm泵浦光吸收系数的1/3～1/4，因此这类型的侧面泵浦结构用在2μm激光上，无法获得较高的吸收效果，也就无法获得较高效率的激光输出。同时，一般半导体二极管的快轴发散角都较大，这种侧面泵浦结构下的半导体泵浦光通过玻璃管、冷却液后到达晶体的光斑都较大，因此激光晶体对泵浦光的吸收区域也较大。而2μm激光晶体能级结构为准三能级，需要高的泵浦功率密度来降低激光泵浦阈值、提高激光输出功率和能量。所以通常的侧面泵浦结构对2μm激光晶体来说泵浦功率密度也较低。

本发明针对通常侧面泵浦结构的不足，提出一种半导体二极管阵列侧面泵浦的2μm激光模块结构，这种结构可提高2μm激光晶体对于泵浦光的吸收，增大2μm激光晶体内的泵浦功率密度，从而获得更大功率或更高能量的2μm激光输出。

发明内容

本发明的目的是克服2μm激光晶体在现有半导体泵浦模块结构下吸收较弱、泵浦功率密度较低的缺陷，从而提供一种可以提高激光晶体吸收和增大激光晶体内泵浦功率密度的2μm半导体激光阵列泵浦模块。

本发明的目的是由下述技术方案实现的：

本发明的装置包括第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)、2μm激光晶体(4)、第一激光晶体热沉(5)、第二激光晶体热沉(6)、第三激光晶体热沉(7)、第一半导体二极管阵列热沉(8)、第二半导体二极管阵列热沉(9)、第三半导体二极管阵列热沉(10)、第一热沉反射面(11)、第二热沉反射面(12)和第三热沉反射面(13)。

第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)输出的泵浦光束分别透射进入2μm激光晶体(4)，被2μm激光晶体(4)所吸收，未吸收尽的泵浦光分别被第一热沉反射面(11)、第二热沉反射面(12)和第三热沉反射面(12)所反射，反射光再次进入2μm激光晶体(4)并被晶体再次吸收；第一半导体二极管阵列热沉(8)用于对第一半导体二极管阵列(1)进行冷却，第二半导体二极管阵列热沉(9)用于对第二半导体二极管阵列(2)进行冷却、第三半导体二极管阵列热沉(10)用于对第三半导体二极管阵列(3)进行传导冷却；第一热沉反射面(11)、第二热沉反射面(12)和第三热沉反射面(13)都镀对半导体二极管泵浦光的高反膜，它们与2μm激光晶体(4)紧包接触，不但可对2μm激光晶体(4)进行传导冷却，还将未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶体(4)中，增大2μm激光晶体(4)对泵浦光的吸收。

上述技术方案中，三个激光晶体热沉和三个半导体二极管热沉可通过半导体制冷器制冷或者采用流动的冷却液进行冷却。

上述技术方案中，可采用3组半导体二极管阵列，二极管阵列之间以120度角环绕激光晶体中心排列。也可采用以n组半导体二极管阵列，围绕激光晶体中心间隔360/n度角排列，只需在半导体二极管阵列之间安装如技术方案中描述的激光晶体热沉，用以增大对泵浦光的再吸收和提高激光晶体内的泵浦功率密度。

本发明的优点在于：

①利用传导冷却的接触面上镀的反射膜，将未吸收的泵浦光反射回2μm激光晶体，使2μm激光晶体对泵浦光进行再吸收，增大了2μm激光晶体对泵浦光的总体吸收率。

②半导体二极管阵列离激光晶体的距离变短，因此发散的光斑也变小，2μm激光晶体对泵浦光的吸收区域也变小，从而增大了泵浦功率密度，可以降低泵浦功率阈值、增大激光输出功率和能量。

③2μm激光晶体采用传导冷却，避免了长期使用冷却液对激光晶体侧面的腐蚀和污染，从而可以保持对泵浦光的高效吸收。

④半导体二极管阵列、2μm激光晶体都通过传导冷却，可减小半导体侧面泵浦结构的总体体积。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明中1个半导体二极管阵列的泵浦光传输和吸收的示意图；

图中，1-第一半导体二极管阵列、2-第二半导体二极管阵列、3-第三半导体二极管阵列、4-2μm激光晶体、5-第一激光晶体热沉、6-第二激光晶体热沉、7-第三激光晶体热沉、8-第一半导体二极管阵列热沉、9-第二半导体二极管阵列热沉、10-第三半导体二极管阵列热沉、11-第一热沉反射面、12-第二热沉反射面、13-第三热沉反射面、14-第一半导体二极管阵列的泵浦光、15-第一激光晶体热沉反射的泵浦光。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明的装置包括第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)、2μm激光晶体(4)、第一激光晶体热沉(5)、第二激光晶体热沉(6)、第三激光晶体热沉(7)、第一半导体二极管阵列热沉(8)、第二半导体二极管阵列热沉(9)、第三半导体二极管阵列热沉(10)、第一热沉反射面(11)、第二热沉反射面(12)和第三热沉反射面(13)。

第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)输出的泵浦光束分别透射进入2μm激光晶体(4)，被2μm激光晶体(4)所吸收，未吸收尽的泵浦光分别被第一晶体热沉反射面(11)、第二晶体热沉反射面(12)、第三晶体热沉反射面(13)所反射，再次进入2μm激光晶体(4)中并被再次吸收；第一半导体二极管阵列热沉(8)、第二半导体二极管阵列热沉(9)、第三半导体二极管阵列热沉(10)用来对第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)进行传导冷却；第一激光晶体热沉(5)上的第一热沉反射面(11)、第二激光晶体热沉(6)上的第二热沉反射面(12)和第三激光晶体热沉(7)上的第三热沉反射面(13)，通过精细加工，与2μm激光晶体半径一致，还通过溅射、蒸发或电镀的方法形成对半导体激光的全反膜，使用中该这三个热沉反射面与2μm激光晶体紧包接触，不但对2μm激光晶体进行传导冷却，还将未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶体。

如图2所示，第一半导体二极管阵列(1)传输的泵浦光(14)投射进入2μm激光晶体(4)，被2μm激光晶体(4)所吸收，吸收的区域也如传输的泵浦光(14)所示。未吸收尽的泵浦光被第一激光晶体热沉(5)的热沉反射面(11)所反射，再次透射进入2μm激光晶体(4)，反射的泵浦光(15)被2μm激光晶体(4)再次吸收。因此，2μm激光晶体(4)对该示意图中泵浦光的吸收区域主要是传输的泵浦光(14)和反射的泵浦光(15)所重叠的区域，该区域主要在2μm激光晶体(4)的中心位置，与其他的侧面泵浦结构相比，该泵浦吸收区域更小。

Claims (1)

1.一种二极管列阵侧面泵浦的2μm泵浦模块，装置包括第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)、2μm激光晶体(4)、第一激光晶体热沉(5)、第二激光晶体热沉(6)、第三激光晶体热沉(7)、第一半导体二极管阵列热沉(8)、第二半导体二极管阵列热沉(9)、第三半导体二极管阵列热沉(10)、第一热沉反射面(11)、第二热沉反射面(12)和第三热沉反射面(13)，其特征在于：第一半导体二极管阵列(1)、第二半导体二极管阵列(2)、第三半导体二极管阵列(3)输出的泵浦光束分别透射进入2μm激光晶体(4)，被2μm激光晶体(4)所吸收，未吸收尽的泵浦光分别被第一热沉反射面(11)、第二热沉反射面

(12)和第三热沉反射面(12)所反射，反射光再次进入2μm激光晶体(4)并被其再次吸收；第一半导体二极管阵列热沉(8)用于对第一半导体二极管阵列(1)进行冷却，第二半导体二极管阵列热沉(9)用于对第二半导体二极管阵列(2)进行冷却、第三半导体二极管阵列热沉(10)用于对第三半导体二极管阵列(3)进行传导冷却；第一激光晶体热沉(5)上的第一热沉反射面(11)、第二激光晶体热沉(6)上的第二热沉反射面(12)和第三激光晶体热沉(7)上的第三热沉反射面(13)，与2μm激光晶体紧包接触，反射面上镀对半导体二极管泵浦光的高反膜，不但对2μm激光晶体进行传导冷却，还将未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶体。

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