CN1023744C - 一种大功率固体激光器 - Google Patents

Abstract

一种大功率固体激光器，其谐振腔包括输出镜、全反射镜和聚光腔等，特征是谐振腔内只用一个聚光腔，一支大直径带槽环形截面的激光棒，由多灯泵浦。冷却水在聚光腔中以近似等截面的流动条件，对激光棒进行充分的冷却。

大直径带槽环形截面的激光棒，截面积相当于多支圆形截面激光棒，而其散热面积比同等截面积的圆棒要大得多。因此可以在获得大功率激光输出的同时，减少热畸变，获得高的光束质量。

Description

本发明属于固体激光器件。

固体激光器的谐振腔，是由全反射镜和装有激光工作物质（下称激光棒）及泵灯的聚光腔所组成。为了获得大功率的激光输出，现有的激光器，一般都采用多个聚光腔组成的多级运转形式。即将几支园形截面的激光棒串接起来，每支棒分别用灯泵浦。采用串接的方式，能获得较大的激光功率输出，但是由多个聚光腔组成的激光器体积大，谐振腔长、设计调试困难，工业使用的可靠性、稳定性较差，而且由于热畸变等原因，输出的光束质量差，发散角一般到20mrad左右，特别是当园柱形激光棒的截面积增大时情况更为严重。

为了提高光束质量，减少热畸变，人们将激光工作物质制成板条形、盘形，但这样加工困难，效果仍不理想。最近，国内推出了一种在园形截面激光棒上开散热槽的新方案（专利号CN2078051U），可在单级激光器上使用，附图1为此方案的示意。在大直径园截面激光棒上开散热槽，很大程度改善了散热条件，但在实际激光器上实施这个方案，要求冷却水通畅地进入散热槽深处，实现理想的热交换，并不容易。同时，单级大功率激光器必须采用多灯泵浦，泵浦效率一般较低，如何提高其效率，也是一个有待解决的问题。

本发明的目的，就是为了解决上述问题，使大截面激光棒能在一般冷却水压的条件下，得到充分均匀的冷却，同时尽量提高多灯泵浦的效率，在单级激光器上获得大功率、高光束质量的激光输出。

本发明是通过采用大直径带槽环形截面的激光棒和改变腔体结构设计来实现的。

如附图2所示，激光棒1的环形截面上开有散热槽2，长度方向不开通。在聚光腔内，如附图3、附图4所示，激光棒外周设置泵灯3，激光棒中心设置泵灯4。中心的冷却方法如附图5所示，冷却水6从有孔的全反射镜5通过，经泵灯4表面，流到激光棒内园柱面，再经散热槽2进入聚光腔。激光棒中心不设泵灯时，如附图6所示，则用拉杆11及两个软堵头10密封，并在聚光腔内设置两个很薄的档水板7。由反光体9两端狭缝8通过的冷却水，被档水板7引入激光棒散热槽，使其得到充分均匀的冷却。

本发明的优点是：

（1）一支大直径带槽的环形截面激光棒，相当多支园形截面激光棒并联。而其散热面积比同等截面积的园形棒散热面积大得多。因此可在输出大功率激光的同时，减少热畸变，提高输出光束质量。

（2）在带槽环形截面激光棒外周设置多支泵灯的同时，在中心也设置泵灯，明显的提高了多灯泵浦效率。

（3）带槽环形截面激光棒中心不设泵灯，用拉杆及软堵头实现密封，方案易于实施，使用范围宽，中心孔为7mm左右的激光棒也可使用。

（4）在聚光腔内设置档水板，可使冷却水以近似等截面的流动条件通过激光棒散热槽，不至产生涡流、紊流和死角现象，从而在一般水压条件下使激光棒得到充分均匀的冷却。

实施本发明的实例（1），带槽环形截面激光棒，外径34，内径22，9个1.5宽的散热槽，棒长130，散热槽长110，外周9支泵灯，中心一支泵灯。根据计算，激光棒截面积相当10支∮8园棒，散热面积比10支园棒大。若每支灯输入4KW，总效率2.5%即可得到千瓦级的激光输出，而光束发散角优于单支∮8园棒在输出百瓦时的发散角。

实例（2），带槽环形截面激光棒，外径21，内径7，6个宽1.5的散热槽，棒长140，槽长120，外周6支泵灯。根据计算，激光棒截面积相当5支∮8园棒，散热面积比5支∮8的大40%。若每支灯输入4KW，总效率3%，可出激光0.7KW。光束质量与实例（1）相同。

Claims (3)

1、大功率固体激光器，谐振腔包括输出镜、全反射镜和聚光腔，其特征是，谐振腔只用一个聚光腔，一支大直径带槽环形截面激光棒1，环形截面上开有散热槽2。在聚光腔内设置两个档水板7，冷却水从反光体9两端狭缝8通过。

2、权利要求1所述激光器，其特征是：在聚光腔内的带槽环形截面激光棒外周设置6-9支泵灯3，激光棒中心设置一支泵灯4;谐振腔中的全反射镜5中心有一通孔。

3、权利要求1所述激光器，其特征是：聚光腔内的带槽环形截面激光棒外周设置4-9支泵灯3，激光棒中心有一拉杆11和两个软密封堵头10。

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