CN102064469A

CN102064469A - 二极管泵浦板条固体激光器

Info

Publication number: CN102064469A
Application number: CN 201010503131
Authority: CN
Inventors: 张恒利; 崔丽; 徐浏; 辛建国
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明涉及一种二极管泵浦板条固体激光器，包括增益模块、输入镜和输出镜。增益模块包括由多个激光二极管构成的二极管列阵、聚焦镜、聚光罩、板条形增益介质和热沉。聚光罩的上端设置有进光口，并罩住板条形增益介质的一个大表面；板条形增益介质的另一个大表面与热沉紧密连接，板条形增益介质的一组相对侧表面被抛光并镀有增透膜，作为振荡光或被放大光的通光面；输入镜和输出镜分别位于板条增益模块的两侧，且与板条形增益介质上镀有增透膜的两个侧表面相对，构成谐振腔。本发明结构简单，可以实现中高功率、高光束质量的激光输出，可以较好的应用在输出功率要求不太高的场合。

Description

二极管泵浦板条固体激光器

技术领域

本发明涉及一种二极管泵浦板条固体激光器，属于固体激光器领域。

背景技术

板条激光器是目前获得高功率、高光束质量激光输出的一种重要方式。根据不同的泵浦方式，板条激光器分为端面泵浦、侧面泵浦和大面泵浦三种结构。针对板条形增益介质的几何形状特点(厚度远小于其他两个方向的尺寸)，采用两个较大表面作为冷却面可以获得良好的冷却效果，能够高效地转移废热，从而实现高功率的激光输出。为实现通光面和冷却面的分离，多采用端面或侧边泵浦方式。但是端面和侧边的面积较小，不利于高泵浦光功率的注入，同时由于增益介质对泵浦光的指数吸收使，导致增益介质端面附近的热效应比较严重，也不利于激光器的功率升级。

另一方面，对于大面泵浦的板条激光器件，一般采用水冷，即泵浦面同时通水，对激光增益介质进行冷却。这不仅使得器件结构复杂，并且长时间运行容易造成泵浦面的污染，从而降低器件的效率和寿命。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种二极管大面泵浦的传导冷却的板条激光器。该激光器结构简单，可以实现中高功率、高光束质量的激光输出。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明提出的一种二极管泵浦板条固体激光器，包括增益模块、输入镜和输出镜。其中，增益模块包括由多个激光二极管构成的二极管列阵、聚焦镜、聚光罩、板条形增益介质和热沉。其中，聚光罩的上端设置有进光口，并罩住所述板条形增益介质的一个大表面；板条形增益介质的另一个大表面与热沉紧密连接，板条形增益介质的一组相对侧表面被抛光并镀有增透膜，作为振荡光或被放大光的通光面；输入镜和所述输出镜分别位于板条增益模块的两侧，且与板条形增益介质上镀有增透膜的两个侧表面相对，构成谐振腔。

根据上述结构，二极管阵列发出的泵浦光经由聚焦镜聚焦后，通过聚光罩上端的进光口进入聚光罩与板条形增益介质组成的聚光腔，并进入板条形增益介质，将板条形增益介质中激活离子激发到上能级，形成粒子数反转，当增益大于损耗时，在输入镜和输出镜之间形成振荡激光并从输出镜一侧输出。并且，可以使往返通过增益介质后仍未被吸收的泵浦光，通过聚光罩的反射再次进入到增益介质内，提高泵浦光的利用率，并降低由于未被吸收的泵浦光返回到激光二极管导致激光二极管损坏的概率。

其中，所述聚焦镜为柱面透镜、柱面透镜组或凹柱面镜，用于将二极管列阵发出的泵浦光汇聚到聚光腔内。

所述聚光罩可以为拱形、矩形等形状。

所述板条形增益介质的下表面与热沉连接方式采用金属封接或光胶粘接。

所述板条形增益介质为激光晶体或激光陶瓷，厚度为0.5～3mm，宽度为10～100mm，长度为10～100mm。

热沉还与风冷装置、循环水冷装置或半导体制冷器等冷却装置连接。

所述输入镜为凹面镜或凹柱面镜，所述输出镜为凸柱面镜，在板条形增益介质所在的平面构成正支共焦非稳腔。

所述输入镜为凹面镜，所述输出镜为凹面镜，在板条形增益介质所在的平面构成负支共焦非稳腔。

有益效果

本发明结构简单，采用板条形增益介质的一个大面作为冷却面，该大面热传导冷却方式可以获得较好的冷却效果，同时大面泵浦的泵浦方式能够减小增益介质热效应的影响和增大泵浦光的分布面积，从而注入更多的泵浦功率，结合谐振腔镜可构成激光振荡器和放大器，可以实现中高功率、高光束质量的激光输出。

而且，由于未采用冷却液直接冷却增益介质的结构，所以对密封性要求不高，结构的复杂性大大降低，可以较好的应用在输出功率要求不太高(例如，数十瓦级至千瓦级)的场合，节约成本，效果也能保证。

附图说明

图1为实施例1中二极管泵浦板条固体激光器的结构示意图；

图2为实施例2中二极管泵浦板条固体激光器的结构示意图；

图3为实施例3中二极管泵浦板条固体激光器的结构示意图；

图4为实施例1中二极管泵浦板条固体激光器的增益模块的部分剖面示意图；

图5为实施例2和实施例3中二极管泵浦板条固体激光器的增益模块的部分剖面示意图；

图6为组成二极管泵浦正支混合腔板条激光振荡器的谐振腔结构图；

图7为组成二极管泵浦负支混合腔板条激光振荡器的谐振腔结构图；

图8为组成二极管泵浦平-凹稳定腔板条激光振荡器的谐振腔结构图；

图9为组成二极管泵浦板条混合腔激光放大器的谐振腔结构图；

图中，1-二极管列阵，2-聚焦镜，3-聚光罩，5-板条形增益介质，6-热沉，7-输入镜，8-输出镜，9-种子光，10-放大光。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明中的内容做进一步说明。

实施例1

参照图1和图4，二极管泵浦板条固体激光器包括增益模块、输入镜7和输出镜8。增益模块包括由多个激光二极管构成的二极管列阵1、聚焦镜2、聚光罩3、板条形增益介质5和热沉6。板条形增益介质5的一组相对的侧表面被抛光并镀有对振荡激光或放大光的增透膜，作为激光或被放大光的通光面。板条形增益介质5的下表面镀金，并与热沉6封接，聚光罩3放置在板条形增益介质5上表面，如图4所示，使往返通过增益介质后仍未被吸收的泵浦光，通过聚光罩反射后再次进入到增益介质内，提高泵浦光的利用率，并防止由于未被吸收的泵浦光返回到激光二极管导致激光二极管损坏，聚光罩3上端加工有进光口。输入镜7和输出镜8位于板条增益模块的两侧，且与板条形增益介质5上镀有增透膜的两个侧表面相对，构成谐振腔。热沉6与循环水冷装置相连。聚焦镜2选用平-凸柱面透镜。

二极管阵列1发出的泵浦光经由聚焦镜2聚焦后，通过聚光罩3上端的进光口进入聚光罩3与板条形增益介质5组成的聚光腔，并进入板条形增益介质5，将板条形增益介质5中激活离子激发到上能级，形成粒子数反转，当增益大于损耗时，在输入镜7和输出镜8之间形成振荡激光并从输出镜一侧输出。

实施例2

参照图2，其他结构的连接关系同实施1，聚光罩3罩在板条形增益介质5外并放置在热沉6上，且聚光罩3下端的板条形增益介质5上镀有增透膜的位置加工有出光口。

实施例3

参照3所示，其他结构的连接关系同实施1，聚焦镜2为凹柱面反射镜；聚光罩3罩在板条形增益介质5外并放置在热沉6上，且聚光罩3下端的板条形增益介质5上镀有增透膜的位置加工有出光口。

下面以实施例2的连接关系为例，选取不同的板条形增益介质5、输入镜7和输出镜8组成二极管泵浦板条固体激光器的激光振荡器或激光放大器，以验证其振荡或放大效果。

板条形增益介质5采用尺寸为50mm×200mm×1.5mm的激光晶体；输入镜7选用凹球面镜，曲率半径为600mm，结构如图6所示；输出镜8选用凸柱面镜，曲率半径为-400mm；组成二极管泵浦正支混合腔板条激光振荡器，结构如图6所示；注入泵浦功率3500瓦，可获得1100瓦激光输出；光束质量M²因子优于10。

板条形增益介质5采用尺寸为100mm×100mm×3mm的激光晶体；输入镜7选用凹球面镜，曲率半径为1000mm；输出镜8选用凸柱面镜，曲率半径为-700mm；组成二极管泵浦正支混合腔板条激光振荡器，结构如图6所示；注入泵浦功率3000瓦，可获得1000瓦激光输出；光束质量M²因子优于20。

板条形增益介质5采用尺寸为10mm×40mm×0.6mm的激光晶体；输入镜7选用凹球面镜，曲率半径为200mm；输出镜8选用凹球面镜，曲率半径为150mm；组成二极管泵浦负支混合腔板条激光振荡器，结构如图7所示；注入泵浦功率850瓦，可获得300瓦激光输出；光束质量M²因子优于2。

板条形增益介质5采用尺寸为40mm×15mm×1mm的激光晶体；输入镜7选取凹球面镜，曲率半径为200mm；输出镜8选取凹球面镜，曲率半径为150mm；组成二极管泵浦负支混合腔板条激光振荡器，结构如图7所示；注入泵浦功率1000瓦，可获得350瓦激光输出；光束质量M²因子优于5。

板条形增益介质5采用尺寸为60mm×80mm×2mm的激光陶瓷；输入镜7选用凹球面镜，曲率半径为500mm；输出镜8选取平面镜，对振荡激光的透过率T＝25％；组成二极管泵浦平-凹稳定腔板条激光振荡器；输入镜7和输出镜8之间的距离为100mm，结构如图8所示；注入泵浦功率2000瓦，可获得800瓦激光输出。

板条形增益介质5采用尺寸为100mm×100mm×2mm的激光晶体；输入镜7选取凹柱面镜，曲率半径为500mm；输出镜8选取凸柱面镜，曲率半径为-350mm；组成二极管泵浦板条混合腔激光放大器，结构如图9所示；种子光9从板条形增益介质5的一端入射，在输入镜7和输出镜8之间构成的谐振腔内反复传播获得功率放大，得到高功率放大光10。

以上所述的具体描述，是对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：包括增益模块、输入镜和输出镜，其中，

所述增益模块包括由多个激光二极管构成的二极管列阵、聚焦镜、聚光罩、板条形增益介质和热沉，其中，所述聚光罩的上端设置有进光口，并罩住所述板条形增益介质的一个大表面；所述板条形增益介质的另一个大表面与热沉紧密连接，所述板条形增益介质的一组相对侧表面被抛光并镀有增透膜，作为振荡光或被放大光的通光面；所述输入镜和所述输出镜分别位于所述板条增益模块的两侧，且与所述板条形增益介质上镀有增透膜的两个侧表面相对，构成谐振腔，其中，

二极管阵列发出的泵浦光经由聚焦镜聚焦后，通过聚光罩上端的进光口进入聚光罩与板条形增益介质组成的聚光腔，并进入板条形增益介质，将板条形增益介质中激活离子激发到上能级，形成粒子数反转，当增益大于损耗时，在输入镜和输出镜之间形成振荡激光并从输出镜一侧输出。

2.根据权利要求1所述的二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：所述聚焦镜为柱面透镜、柱面透镜组或凹柱面镜。

3.根据权利要求1所述的二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：所述板条形增益介质的下表面与热沉连接方式采用金属封接或光胶粘接。

4.根据权利要求1所述的二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：所述板条形增益介质为激光晶体或激光陶瓷，厚度为0.5～3mm，宽度为10～100mm，长度为10～100mm。

5.根据权利要求1所述的二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：所述热沉与风冷装置、循环水冷装置或半导体制冷器连接。

6.根据权利要求1所述的二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：所述输入镜为凹面镜或凹柱面镜，所述输出镜为凸柱面镜，所述输入镜和所述输出镜在所述板条形增益介质所在的平面构成正支共焦非稳腔。

7.根据权利要求1所述的二极管泵浦板条固体激光器，其特征在于：所述输入镜为凹面镜，所述输出镜为凹面镜，所述输入镜和所述输出镜在所述板条形增益介质所在的平面构成负支共焦非稳腔。