CN102280806A - 一种平板玻璃激光器 - Google Patents

一种平板玻璃激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN102280806A
CN102280806A CN2011101836036A CN201110183603A CN102280806A CN 102280806 A CN102280806 A CN 102280806A CN 2011101836036 A CN2011101836036 A CN 2011101836036A CN 201110183603 A CN201110183603 A CN 201110183603A CN 102280806 A CN102280806 A CN 102280806A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass laser
operation material
laser operation
face
described glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011101836036A
Other languages
English (en)
Inventor
沈祥
黄国松
谭瑞琴
聂秋华
徐铁峰
林常规
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo University
Original Assignee
Ningbo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo University filed Critical Ningbo University
Priority to CN2011101836036A priority Critical patent/CN102280806A/zh
Publication of CN102280806A publication Critical patent/CN102280806A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种平板玻璃激光器，包括谐振腔和泵浦源，谐振腔包括全反射镜和半反射镜，泵浦源为半导体激光二极管面阵列，半导体激光二极管面阵列出射的泵浦光束的前进方向上依次设置有平板状的玻璃激光工作物质和流水冷却器，半导体激光二极管面阵列单面泵浦玻璃激光工作物质，流水冷却器单面冷却玻璃激光工作物质，优点在于利用半导体激光二极管面阵列对玻璃激光工作物质的下表面进行单面均匀泵浦，玻璃激光工作物质的上表面则通过流水冷却器均匀冷却，在热平衡时沿玻璃激光工作物质的厚度方向形成线性温度梯度，在玻璃激光工作物质内产生的热应力为零，从而避免了玻璃激光工作物质因热应力而发生断裂现象，可实现高平均功率连续激光输出。

Description

一种平板玻璃激光器
技术领域
本发明涉及一种固体激光器，尤其是涉及一种能够连续输出功率百瓦以上的平板玻璃激光器。
背景技术
传统的连续输出的固体激光器在运转过程中，由于激光工作介质(钕玻璃)的导热性能极差，泵浦灯产生的热量沉积在激光工作介质内产生热应力，在不断重复泵浦和热传导作用下，虽然对器件进行了强冷却，但激光工作介质内热应力和冷却过程中产生的温度梯度仍不断增大，极易导致激光工作介质发生断裂，最终致使传统的连续输出的固体激光器至今仍不能实现连续高功率运转。即使采用半导体激光二极管(LD)泵浦，连续输出功率仍只有瓦级。至今仍无连续输出功率为百瓦以上的平板钕玻璃激光器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，且在激光运动过程中不会产生热应力，能够实现高平均功率连续激光输出的高重复率平板玻璃激光器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种平板玻璃激光器，包括平行平面谐振腔和泵浦源，所述的平行平面谐振腔包括全反射镜和半反射镜，其特征在于所述的泵浦源为半导体激光二极管面阵列，所述的半导体激光二极管面阵列出射的泵浦光束的前进方向上依次设置有平板状的玻璃激光工作物质和流水冷却器，所述的半导体激光二极管面阵列单面泵浦所述的玻璃激光工作物质，所述的流水冷却器单面冷却所述的玻璃激光工作物质。
所述的玻璃激光工作物质的第一端面和第二端面为相互平行的两个斜面，所述的全反射镜的法线与所述的玻璃激光工作物质的第一端面相垂直，所述的半反射镜的法线与所述的玻璃激光工作物质的第二端面相垂直。
激光束在所述的玻璃激光工作物质内的全反射角满足下述临界条件：
Figure BDA0000073117700000011
其中，ψ表示激光束在玻璃激光工作物质内的全反射角，nc表示所述的流水冷却器中冷却媒质的折射率，n表示所述的玻璃激光工作物质的折射率。
设激光束的光线在所述的玻璃激光工作物质内的反射次数为N取整偶数后的值，其中，L表示所述的玻璃激光工作物质的预设的总长度，t表示所述的玻璃激光工作物质的厚度，
Figure BDA0000073117700000022
表示所述的玻璃激光工作物质的第一端面与所述的玻璃激光工作物质的下表面构成的锐角或所述的玻璃激光工作物质的第二端面与所述的玻璃激光工作物质的上表面构成的锐角，
Figure BDA0000073117700000023
所述的玻璃激光工作物质的实际的总长度
Figure BDA0000073117700000024
其中，N′表示N取整偶数后的值。
所述的玻璃激光工作物质的第一端面与所述的玻璃激光工作物质的下表面构成的锐角
Figure BDA0000073117700000025
为65±0.1°，所述的玻璃激光工作物质的第二端面与所述的玻璃激光工作物质的上表面构成的锐角为65±0.1°。
所述的半导体激光二极管面阵列与所述的玻璃激光工作物质之间设置有用于保护所述的玻璃激光工作物质的泵浦面的石英玻璃薄片。
与现有技术相比，本发明的优点在于：利用半导体激光二极管面阵列产生的热量对玻璃激光工作物质的下表面进行单面均匀泵浦，玻璃激光工作物质的上表面则通过流水冷却器均匀冷却，与双面泵浦和冷却的激光器相比，其在热平衡时沿玻璃激光工作物质的厚度方向形成线性温度梯度，在玻璃激光工作物质内产生的热应力为零，从而避免了玻璃激光工作物质因热应力而发生断裂现象，可实现高平均功率连续激光输出。此外，本发明的平板玻璃激光器的结构简单，且适用于用作对材料的激光热处理和其它对光束发散角无特殊要求的场合。
附图说明
图1为本发明的平板玻璃激光器的剖面示视图；
图2为玻璃激光工作物质与全反射镜和半反射镜的位置示意图；
图3为玻璃激光工作物质的俯视示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图所示，一种平板玻璃激光器，包括平行平面谐振腔和泵浦源6，平行平面谐振腔包括全反射镜2和透过率为10％的半反射镜3，泵浦源6为半导体激光二极管面阵列6，半导体激光二极管面阵列6出射的泵浦光束的前进方向上依次设置有石英玻璃薄片5、平板状的玻璃激光工作物质1及流水冷却器4，石英玻璃薄片5位于玻璃激光工作物质1的下表面的下方，流水冷却器4位于玻璃激光工作物质1的上表面的上方，半导体激光二极管面阵列6单面均匀泵浦玻璃激光工作物质1，玻璃激光工作物质1被泵浦的下表面为泵浦面，流水冷却器4单面均匀冷却玻璃激光工作物质1，玻璃激光工作物质1被冷却的上表面为非泵浦面，这种单面泵浦单面冷却的方式能够在热平衡时沿玻璃激光工作物质1的厚度方向形成线性温度梯度，这样在玻璃激光工作物质1内产生的热应力为零，从而避免了玻璃激光工作物质1因热应力而发生断裂现象，可实现高平均功率连续激光输出，当半导体激光二极管面阵列6连续泵浦功率2KW时，玻璃激光工作物质1连续输出功率可达到百瓦以上。
在此，石英玻璃薄片5用于保护玻璃激光工作物质1的泵浦面即玻璃激光工作物质1的下表面；流水冷却器4可采用现有的任意的可使冷却水流通的冷却器。
在此具体实施例中，玻璃激光工作物质1的第一端面和第二端面为相互平行的两个斜面，全反射镜2的法线与玻璃激光工作物质1的第一端面相垂直，半反射镜3的法线与玻璃激光工作物质1的第二端面相垂直。
在此具体实施例中，玻璃激光工作物质1选用国产N3122磷酸盐激光玻璃，其相关物理参数如下：
Figure BDA0000073117700000031
在此，加工玻璃激光工作物质1时要求玻璃激光工作物质1的上表面与下表面的平行度≤10秒，玻璃激光工作物质1的第一端面与第二端面的平行度≤10秒，玻璃激光工作物质1的上表面、下表面、第一端面及第二端面的平整度≤0.5条纹、光洁度为PIII。
在此具体实施例中，激光束在玻璃激光工作物质1内的全反射角ψ(弹跳角)需满足下述临界条件：
Figure BDA0000073117700000032
其中，ψ表示激光束在玻璃激光工作物质1内的全反射角，nc表示流水冷却器4中冷却媒质的折射率，n表示玻璃激光工作物质1的折射率。设激光束的光线在玻璃激光工作物质1内的反射次数为N取整偶数后的值，
Figure BDA0000073117700000041
其中，L表示玻璃激光工作物质1的预设的总长度，t表示玻璃激光工作物质1的厚度，
Figure BDA0000073117700000042
表示玻璃激光工作物质1的第一端面与玻璃激光工作物质1的下表面构成的锐角或玻璃激光工作物质1的第二端面与玻璃激光工作物质1的上表面构成的锐角，
Figure BDA0000073117700000043
玻璃激光工作物质1的实际的总长度
Figure BDA0000073117700000044
在此，总长度为与玻璃激光工作物质1的第一端面的下端相垂直的垂直面和与玻璃激光工作物质1的第二端面的上端相垂直的垂直面之间的垂直距离；在流水冷却器4中的冷却媒质采用冷却水，水的折射率nc＝1.33，玻璃激光工作物质1的折射率n＝1.528，根据
Figure BDA0000073117700000045
可得激光束在玻璃激光工作物质1内的全反射角ψ≥60°，实际可取ψ＝65°，当激光束的光线垂直于玻璃激光工作物质1的第一端面入射时，则玻璃激光工作物质1的顶角即玻璃激光工作物质1的第一端面与玻璃激光工作物质1的下表面构成的锐角这样在实际加工玻璃激光工作物质1时可要求玻璃激光工作物质1的第一端面与玻璃激光工作物质1的下表面构成的锐角
Figure BDA0000073117700000047
为65±0.1°，玻璃激光工作物质1的第二端面与玻璃激光工作物质1的上表面构成的锐角
Figure BDA0000073117700000048
为65±0.1°；假设玻璃激光工作物质1的预设的总长度L＝100mm，玻璃激光工作物质1的厚度t＝6mm，玻璃激光工作物质1的宽度W＝30mm，玻璃激光工作物质1的宽度方向两边各有5mm的非泵浦区，这样有效泵浦的宽度为20mm，有效增益体积为100mm×20mm×6mm＝12cm3，并根据
Figure BDA0000073117700000049
可得到N取整偶数后的值为8，即激光束的光线在玻璃激光工作物质1内的反射次数为8次；根据
Figure BDA00000731177000000411
(其中，N′表示N取整偶数后的值)可得玻璃激光工作物质1的实际的总长度L′＝6×(8×tg65°+ctg65°)＝105.7mm，玻璃激光工作物质1的实际有效增益体积为105.7mm×20mm×6mm＝12.684cm3。

Claims (7)

1.一种平板玻璃激光器，包括平行平面谐振腔和泵浦源，所述的平行平面谐振腔包括全反射镜和半反射镜，其特征在于所述的泵浦源为半导体激光二极管面阵列，所述的半导体激光二极管面阵列出射的泵浦光束的前进方向上依次设置有平板状的玻璃激光工作物质和流水冷却器，所述的半导体激光二极管面阵列单面泵浦所述的玻璃激光工作物质，所述的流水冷却器单面冷却所述的玻璃激光工作物质。
2.根据权利要求1所述的一种平板玻璃激光器，其特征在于所述的玻璃激光工作物质的第一端面和第二端面为相互平行的两个斜面，所述的全反射镜的法线与所述的玻璃激光工作物质的第一端面相垂直，所述的半反射镜的法线与所述的玻璃激光工作物质的第二端面相垂直。
3.根据权利要求1或2所述的一种平板玻璃激光器，其特征在于激光束在所述的玻璃激光工作物质内的全反射角满足下述临界条件：
Figure FDA0000073117690000011
其中，ψ表示激光束在玻璃激光工作物质内的全反射角，nc表示所述的流水冷却器中冷却媒质的折射率，n表示所述的玻璃激光工作物质的折射率。
4.根据权利要求3所述的一种平板玻璃激光器，其特征在于设激光束的光线在所述的玻璃激光工作物质内的反射次数为N取整偶数后的值，
Figure FDA0000073117690000012
其中，L表示所述的玻璃激光工作物质的预设的总长度，t表示所述的玻璃激光工作物质的厚度，
Figure FDA0000073117690000013
表示所述的玻璃激光工作物质的第一端面与所述的玻璃激光工作物质的下表面构成的锐角或所述的玻璃激光工作物质的第二端面与所述的玻璃激光工作物质的上表面构成的锐角，
5.根据权利要求4所述的一种平板玻璃激光器，其特征在于所述的玻璃激光工作物质的实际的总长度
Figure FDA0000073117690000015
其中，N′表示N取整偶数后的值。
6.根据权利要求5所述的一种平板玻璃激光器，其特征在于所述的玻璃激光工作物质的第一端面与所述的玻璃激光工作物质的下表面构成的锐角
Figure FDA0000073117690000016
为65±0.1°，所述的玻璃激光工作物质的第二端面与所述的玻璃激光工作物质的上表面构成的锐角
Figure FDA0000073117690000017
为65±0.1°。
7.根据权利要求6所述的一种平板玻璃激光器，其特征在于所述的半导体激光二极管面阵列与所述的玻璃激光工作物质之间设置有用于保护所述的玻璃激光工作物质的泵浦面的石英玻璃薄片。
CN2011101836036A 2011-07-01 2011-07-01 一种平板玻璃激光器 Pending CN102280806A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101836036A CN102280806A (zh) 2011-07-01 2011-07-01 一种平板玻璃激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011101836036A CN102280806A (zh) 2011-07-01 2011-07-01 一种平板玻璃激光器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102280806A true CN102280806A (zh) 2011-12-14

Family

ID=45106059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011101836036A Pending CN102280806A (zh) 2011-07-01 2011-07-01 一种平板玻璃激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102280806A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108963740A (zh) * 2018-07-09 2018-12-07 北京空间机电研究所 一种板条固体激光器泵浦增益模块

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4291282A (en) * 1979-09-07 1981-09-22 The Research Foundation Of The City University Of New York Stabilized pulse producing mode locked laser system
CN101202410A (zh) * 2007-11-22 2008-06-18 宁波大学 一种热容式钕玻璃片状激光器
CN101202413A (zh) * 2007-11-22 2008-06-18 宁波大学 一种热容式钕玻璃棒状激光器
CN101202411A (zh) * 2007-11-22 2008-06-18 宁波大学 一种热容式钕玻璃板条激光器
CN102064469A (zh) * 2010-10-12 2011-05-18 北京理工大学 二极管泵浦板条固体激光器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4291282A (en) * 1979-09-07 1981-09-22 The Research Foundation Of The City University Of New York Stabilized pulse producing mode locked laser system
CN101202410A (zh) * 2007-11-22 2008-06-18 宁波大学 一种热容式钕玻璃片状激光器
CN101202413A (zh) * 2007-11-22 2008-06-18 宁波大学 一种热容式钕玻璃棒状激光器
CN101202411A (zh) * 2007-11-22 2008-06-18 宁波大学 一种热容式钕玻璃板条激光器
CN102064469A (zh) * 2010-10-12 2011-05-18 北京理工大学 二极管泵浦板条固体激光器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108963740A (zh) * 2018-07-09 2018-12-07 北京空间机电研究所 一种板条固体激光器泵浦增益模块
CN108963740B (zh) * 2018-07-09 2019-08-09 北京空间机电研究所 一种板条固体激光器泵浦增益模块

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. 4350 W quasi-continuous-wave operation of a diode face-pumped ceramic Nd: YAG slab laser
JP7037731B2 (ja) フォノンバンド端発光に基づく全固体大出力スラブレーザ
CN104064955B (zh) 一种浸没式冷却固体激光器
CN103928826A (zh) 一种高效冷却的大面泵浦板条激光模块
CN102074896A (zh) 一种半导体激光阵列复合耦合方法
CN103779772A (zh) 采用复合泵浦耦合的激光器模块及固体激光器
CN104617481A (zh) 薄片型半导体激光泵浦碱金属激光系统
CN100399651C (zh) 反射玻璃实现z形光路的板条激光器
CN105024266A (zh) 无tec恒温小型风冷重频dpl激光器
CN104953455A (zh) 克尔透镜锁模的固态薄片激光器
CN103490275A (zh) 基于键合晶体的1.5至1.6微米波段及其变频激光器
CN101505030B (zh) 一种固体激光器中增益介质的冷却方法及低内热固体激光器
CN104078824A (zh) 一种全腔水冷固体激光器
CN104505704B (zh) 一种新型激光放大器
CN101282021A (zh) 一种可提高效率和均匀性的泵浦方法及板条型固体激光器
CN102280806A (zh) 一种平板玻璃激光器
Fu et al. 1 mJ, 500 kHz Nd: YAG/Nd: YVO 4 MOPA laser with a Nd: YAG cavity-dumping seed laser
CN101854021A (zh) 闪光灯泵浦板条增益模块
CN1972038A (zh) 固体薄片激光器的冷却结构
CN201576886U (zh) 半导体激光器的散热装置
CN102638002A (zh) 一种低功耗固体激光器
CN108963740B (zh) 一种板条固体激光器泵浦增益模块
RU2015147452A (ru) Твердотельный усилитель лазерного излучения с диодной накачкой с большим коэффициентом усиления и высокой средней мощностью
CN101170238A (zh) 侧面泵浦传导冷却矩形薄片激光器
CN203911225U (zh) 一种浸没式冷却固体激光器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20111214