CN101964496A - 大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔，包括弧形热沉，水冷热沉内壁，冷却水道，水冷热沉外壁和激光二极管水平线阵。其中，激光二极管水平线阵(11)与相同数量的弧形热沉(1)相间设置，围成一圈，弧形热沉的内表面形成高反射的圆柱面泵浦腔；所述的弧形热沉置于水冷热沉内壁(7)的通孔内，通孔周围和水冷热沉外壁(8)之间形成冷却水道(10)。本发明提供的技术方案具有制备工艺简单，集成度高，易于模块化批量生产，且效率高的特点。

Description

大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔
技术领域
本发明涉及一种固体激光腔，特别涉及一种大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔。
背景技术
在传统的大功率激光二极管泵浦的固体激光腔中，由于大功率半导体激光器的发散角度比较大，一般为40×10度，因此就有可能出现泵浦光的一部分照射到晶体棒之外而没有被晶体吸收的情况，或者即使全部照射到晶体，但一次吸收不完全，部分光透过晶体。这就需要将透过或者没有被晶体吸收的光再次反射回晶体。通常的做法是加装准直透镜，使得半导体激光器的发散角度变得很小，同时，使用一根石英管，表面大部分镀有808nm的高反膜，剩余的部分呈120°镀有三条808nm增透膜，大功率激光二极管巴条发出的光经准直后会聚到这三条镀增透膜的狭长区域内，然后透过石英管的管壁，被晶体吸收。由于石英管大部分区域镀有高反膜，未被晶体吸收的光被高反膜来回反射，直至被晶体充分地吸收，同时石英管中通冷却水，将产生的热量迅速带走。采用上述方法，光转换效率低，且结构复杂，成本高，不利于批量生产。
新型的泵浦方案力图克服传统方案的不足，专利公开号为CN1417906的中国专利提出了一种集成化的环形大功率激光二极管巴条泵浦腔，该腔由多个大功率激光二极管巴条和多个弧形电极围成一圈安装于绝缘圈的内表面，弧形电极构成了内表面为高反射面的密闭的泵浦腔，未充分吸收的泵浦光经过弧形电极的内表面多次反射最终被晶体棒吸收，从而达到高的吸收效率，这种泵浦腔无须复杂的光学耦合系统，具有结构新颖，效率高的特点，但是，激光器需要和弧形电极烧结在一起，不同于传统的方形热沉，增加了烧结的难度，而且相邻弧形电极之间一般只能烧结一个巴条，多个围成一圈的弧形电极一般只能烧结3-5个巴条，因此对于更大功率的应用需要多个模块串联而成，增加了系统的复杂性。中国专利CN1681171提出一种泵浦光偏心注入，经过泵浦腔内壁的多次漫反射均匀泵浦激光晶体棒的泵浦腔，泵浦光通过漫反射腔壁开的狭缝导入光，同样无须复杂的光学耦合系统，这种结构提高了泵浦的均匀性，从而降低了晶体棒受到的热应力，提高了光束质量和泵浦效率，但是由于狭缝吸收损耗较大，为此只采用单个狭缝，因此泵浦模块只能采用单个的线阵，导致注入的泵浦光功率受到限制，如果增加狭缝的个数则损耗会增大。总之，新的方案仍然存在烧结工艺困难，系统构成复杂，或者泵浦功率受到限制等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种烧结工艺简单，集成度高，易于模块化批量生产，且效率高的大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔，包括弧形热沉，水冷热沉内壁，冷却水道，水冷热沉外壁和激光二极管水平线阵，其特征在于：至少2个激光二极管水平线阵(11)与相同数量的弧形热沉(1)相间设置，围成一圈，各弧形热沉的内表面形成高反射的圆柱面泵浦腔；所述的弧形热沉置于水冷热沉内壁(7)的通孔内，通孔周围和水冷热沉外壁(8)之间形成冷却水道(10)；所述的激光二极管水平线阵(11)，其激光二极管巴条(5)固定于上、下两片陶瓷热沉(3、4)的中间，相邻巴条电极面的正极或负极的朝向相反，通过陶瓷热沉上互相电隔离的电极连在一起，构成正、负电极串联在一起的水平线阵。
所述的激光二极管水平线阵(11)与弧形热沉(1)之间，以及弧形热沉(1)与水冷热沉内壁(7)之间，通过焊料或者导热胶或者导电胶连接。
所述的激光二极管水平线阵(11)，其陶瓷热沉(3、4)一面为整个表面金属化并且连在一起，该面与弧形热沉(1)相连，另外一面金属化成互相隔开的电极，电极之间互相电隔离。
所述的激光二极管水平线阵(11)，其线阵电极(6)由第一个和最末位的激光二极管巴条的电极分别引出，或由陶瓷热沉(3、4)分别引出，作为水平线阵的正极或负极。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、由于本发明将多个大功率激光二极管巴条通过串联的方式烧结到长条形的陶瓷热沉上，构成水平线阵，然后水平线阵再通过焊料或者导热胶或者导电胶与弧形热沉相连，从而避免了直接将弧形热沉与大功率激光二极管巴条烧结的困难，简化了烧结的工艺，提高了成品率。同时弧形热沉的高反射面可以来回反射未被晶体吸收的光，使泵浦光多次穿过晶体被充分吸收，从而提高了泵浦效率。
2、本发明水平线阵中相邻激光二极管巴条的正负电极位于同一面且通过陶瓷热沉上的电极连接在一起，从而在烧结的同时自动将水平线阵中多个巴条的正负电极连接在一起，省去了额外的电极互联装置，大大缩小了封装尺寸，使得水平线阵与弧形热沉可以方便地组合成环形密闭泵浦腔。单个线阵可以集成封装多个巴条，多个线阵的组合可以将多个巴条封装在一起，构成一个整体，因此，本发明具有较高的集成度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔结构的截面示意图；
图2是本发明实施例提供的一种大功率激光二极管水平线阵的结构示意图；
其中：1、弧形热沉；2、冷却水流入口；3和4、陶瓷热沉；5、激光二极管巴条；6、线阵电极；7、水冷热沉内壁；8、水冷热沉外壁；9、冷却水流出口；10、冷却水道；11、激光二极管水平线阵。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，它是本实施例提供的一种大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔结构的截面示意图。在图1中，三个激光二极管水平线阵11分别与三个弧形热沉1连接，围成一圈，弧形热沉构成了内表面为高反射的圆柱面，该圆柱面为泵浦腔。弧形热沉内表面可以抛光然后镀金形成高反射面或者镀高反射的介质膜。
弧形热沉1置于水冷热沉内壁7的通孔内，该水冷热沉内壁7和水冷热沉外壁8之间形成冷却水道10用来散热，冷却水流入口2流入的冷却水，经冷却水道10后从冷却水流出口9流出。弧形热沉与水冷热沉内壁之间通过焊料或者导热胶或者导电胶连接在一起。
参见图2所示，它是本实施例提供的一种大功率激光二极管水平线阵的结构示意图；采用6个激光二极管巴条5烧结成串联的水平阵列，在本例实施中，水平线阵封装的陶瓷热沉3和4的材料可以采用BeO或者AlN或者SiC等，陶瓷热沉3，4材料双面金属化形成电极1和2，陶瓷热沉一面为整个表面金属化并且连在一起，另外一面金属化电极分成互相隔开的多个电极段，电极段之间互相电隔离，巴条之间间距一定的长度，中间电极段的长度为两个巴条的长度加上巴条之间间距的长度，陶瓷热沉4比陶瓷热沉3稍长，长出的部分用来引出线阵电极6的正、负极，或者陶瓷热沉4在首尾巴条处比陶瓷热沉3稍宽，宽出的部分用来引出线阵电极6的正、负极。巴条夹在陶瓷热沉4和3之间，巴条通过焊料烧结到陶瓷热沉的电极上，奇偶数巴条的正负极面是颠倒放置的，如图2中，第一个巴条正极朝下，第二个巴条正极朝上，而第三个巴条正极又朝下，依此类推，这样，使第一个的巴条的负极，第2个巴条的正极通过陶瓷热沉3的电极连接在一起，而第2个的巴条的负极，第3个巴的正极通过陶瓷热沉4的电极连接在一起，通过相反放置相邻巴条的正极和负极，且通过陶瓷热沉上的互相隔离的分段电极，水平线阵的巴条在烧结的同时正负极就互相串联在一起，最后，通过陶瓷热沉4上的电极引出的正负极作为线阵电极6。如果线阵巴条的数量为奇数，线阵的正负极则从陶瓷热沉3，4分别引出。这种封装方案由于不需要额外的电极互联装置，能够将水平线阵的封装尺寸大大缩小。该水平线阵由于奇偶数巴条的正负极面颠倒放置，而正极一般发热较大，因此两个陶瓷热沉都需要致冷，而且由于巴条的发光面是靠近正极，奇偶数巴条的发光面不在同一个平面，两者相差一个巴条的厚度大概0.1毫米，这在需要用准直器对巴条的光场进行准直的场合是不可以的，但是由于此处不需要准直器，而且巴条是用来泵浦固体激光器晶体棒，出光面高度的微小差别不会影响到泵浦的效率，另外，由于线阵的上下陶瓷热沉与弧形热沉连接在一起，而弧形热沉都通过水冷热沉散热，因此上下陶瓷热沉散热也无问题。
以上实施方式可以将18个40W的激光二极管巴条封装成一个整体，构成一个泵浦功率高达720W的密闭的泵浦腔。
由上述实施例可以看到，本发明采用弧形热沉和大功率激光二极管巴条烧结在一起构成一个密闭的泵浦腔的方式，将多个大功率激光二极管巴条先通过串联的方式烧结到长条形的陶瓷热沉上，构成水平线阵，然后再与弧形热沉连接在一起，从而避免了直接将弧形热沉与大功率激光二极管巴条烧结的困难，简化了烧结的工艺，提高了成品率。同时，本发明水平线阵中奇偶数激光二极管巴条的正负电极位于同一面且通过陶瓷热沉上的电极连接在一起，从而在烧结的同时自动将水平线阵中多个巴条的正负电极连接在一起，省去了额外的电极互联装置，大大缩小了封装尺寸，使得水平阵列与弧形热沉可以方便地组合成环形密闭泵浦腔。而传统的水平线阵奇偶数巴条的正负极不在同一面，需要额外的电极互联装置将正负极相连，体积非常大。本发明提供的技术方案，可将单个线阵集成封装多个巴条，多个线阵的组合可以将几十上百个巴条封装在一起，构成一个整体的模块，集成度得到了极大的提高。

Claims (4)

1.一种大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔，包括弧形热沉，水冷热沉内壁，冷却水道，水冷热沉外壁和激光二极管水平线阵，其特征在于：至少2个激光二极管水平线阵(11)与相同数量的弧形热沉(1)相间设置，围成一圈，各弧形热沉的内表面形成高反射的圆柱面泵浦腔；所述的弧形热沉置于水冷热沉内壁(7)的通孔内，通孔周围和水冷热沉外壁(8)之间形成冷却水道(10)；所述的激光二极管水平线阵(11)，其激光二极管巴条(5)固定于上、下两片陶瓷热沉(3、4)的中间，相邻巴条电极面的正极或负极的朝向相反，通过陶瓷热沉上互相电隔离的电极连在一起，构成正、负电极串联在一起的水平线阵。
2.根据权利要求1所述的大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔，其特征在于：所述的激光二极管水平线阵(11)与弧形热沉(1)之间，以及弧形热沉(1)与水冷热沉内壁(7)之间，通过焊料或者导热胶或者导电胶连接。
3.根据权利要求1所述的大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔，其特征在于：所述的激光二极管水平线阵(11)，其陶瓷热沉(3、4)一面为整个表面金属化并且连在一起，该面与弧形热沉(1)相连，另外一面金属化成互相隔开的电极，电极之间互相电隔离。
4.根据权利要求1所述的大功率激光二极管水平线阵泵浦固体激光腔，其特征在于：所述的激光二极管水平线阵(11)，其线阵电极(6)由第一个和最末位的激光二极管巴条的电极分别引出，或由陶瓷热沉(3、4)分别引出，作为水平线阵的正极或负极。
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