CN102780152B - 一种高功率ld侧面环绕泵浦结构模块 - Google Patents
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Abstract
一种高功率LD侧面环绕泵浦结构模块，其包括：增益介质；石英管；端盖；LD泵浦模块。该石英管为异形石英管，其内壁均匀设有多个凸起部，该凸起部表面镀有反射膜，该凸起部的表面为圆弧状，圆弧的法线经过晶体棒的中心。石英管内部通水，对晶体棒进行冷却。该端盖安装于石英管的两端，端盖内设有水冷通道，该水冷通道与LD泵浦模块以及石英管的水冷通道相通。LD泵浦模块设置在石英管的外部，在每两个相邻的凸起部之间对应位置处；其包括LD线性阵列以及水冷结构。所述水冷结构为等腰梯形结构的水冷结构，其下底朝向晶体棒方向，在水冷结构的侧壁上设置有陶瓷片，该陶瓷片上方设置有LD；水冷结构侧壁内部，陶瓷片的正下方设置有微通道结构水冷通道，通水孔平行于侧壁。
Description
技术领域：
本发明涉及一种高功率LD侧面环绕泵浦结构模块。
背景技术：
随着全固态激光器在工业、医疗、民用等领域展现越来越广阔的应用前景，高功率的固体激光器被越来越多地应用于各个领域。这就对作为核心部件的半导体激光侧泵模块提出了更高的要求。传统的侧泵技术通常采用多个LD排列，对晶体棒进行泵浦，这种方式存在以下缺点：1)多个LD阵列泵浦时，其安装区域有限，导致泵浦功率有限，从而难于实现高功率输出的激光。2)对于单个LD而言，其发出的泵浦光进入晶体后，不能被全部有效吸收，从而造成泵浦光的浪费，造成泵浦效率下降，同时未被吸收的光产生大量热，降低了激光器的可靠性。3)侧泵能量不均匀。传统的侧泵技术主要对半导体激光器泵浦源快轴方向光束进行压缩，慢轴方向不做处理，因此侧泵光束能量分布不均匀，从而使晶体棒受热不均产生热效应，这将导致整个模块的转换效率下降。
本发明利用目前市场上较为成熟的大功率半导体激光器巴条，并结合优化的水冷结构以及模块分布方式，增加了泵浦模块的有效数量，并使每个模块发出的光形成二次吸收，从而提高了泵浦效率。
发明内容：
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种高功率LD侧面环绕泵浦结构模块，其特征在于：其包括：增益介质；石英管；端盖；LD泵浦模块；其中，该增益介质为晶体棒，安装在石英管内；该石英管为异形石英管，其内壁均匀设有多个凸起部，该凸起部表面镀有反射膜，该凸起部的表面为圆弧状，圆弧的法线经过晶体棒的中心；石英管内部通水，对晶体棒进行冷却；该端盖安装于石英管的两端，端盖内设有水冷通道，该水冷通道与LD泵浦模块以及石英管的水冷通道相通；LD泵浦模块设置在石英管的外部，在每两个相邻的凸起部之间对应位置处；其包括LD线性阵列以及水冷结构；所述水冷结构为等腰梯形结构的水冷结构，其下底朝向晶体棒方向，在水冷结构的侧壁上设置有陶瓷片，该陶瓷片上方设置有LD；水冷结构侧壁内部，陶瓷片的正下方设置有微通道结构水冷通道，通水孔平行于侧壁；LD发出的泵浦光，经过石英管后到达晶体棒，部分被吸收，未被吸收的光被反射凸起部反射，再次回到晶体棒被吸收；LD通过陶瓷片被水冷结构水冷散热。
优选地，所述晶体棒为Nd:YAG晶体棒，掺杂浓度为1％，长度为90mm，直径为4～6mm。
优选地，所述石英管的管长为60mm，内壁直径为8mm，外壁直径为10mm。
优选地，所述凸起部的个数为三个，每个凸起部上镀有金属反射膜，反射率为90％。该凸起部的表面为圆弧状，对应的圆的曲率半径为3～5mm。优选地，所述曲率半径为4mm。圆弧的弦长为3mm。
优选地，所述水冷结构的材料为导热率高的金属铜，其梯形的下底长度为2～4mm，上底长度为6～8mm。
优选地，所述水冷结构的材料为导热率高的金属铜，其梯形的下底长度为3mm，上底长度为7mm。
优选地，所述LD线性阵列包括5个功率为40w的巴条。
优选地，所述凸起部的个数为五个，每个凸起部上镀有介质反射膜，反射率为99％。该凸起部表面为的圆弧对应的圆的曲率半径为4～6mm。优选地，所述曲率半径为5mm。圆弧的弦长为2.5mm。
优选地，所述凸起部的个数为7个，每个凸起部上镀有介质反射膜，反射率为99％。该凸起部表面为的圆弧对应的圆的曲率半径为5～8mm。优选地，所述曲率半径为7mm。圆弧的弦长为2mm。
附图说明：
图1为泵浦结构的侧视图
图2为石英管结构的侧视图
图3为LD泵浦模块的侧视图
图4为LD泵浦模块的主视图
图5为泵浦模块的水冷结构图
各附图标记对应的部件：
1.晶体棒；2.水冷液体；3.石英管；4.LD；5.陶瓷片；6.微通道；7.水冷结构；8.端盖；9.端盖进水孔；10.端盖出水孔
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1：
图1为本发明第一实施方式的结构示意图。其中，增益介质为圆柱形的Nd:YAG晶体棒，掺杂浓度为1％，长度为90mm，直径为4～6mm，其安装在石英管内，晶体棒1周围通水对其进行冷却。该石英管3的管长为60mm，两端设有端盖8，端盖8内设有水冷通道，该水冷通道与LD泵浦模块以及石英管3的水冷通道相连。石英管3内壁直径为8mm，外壁直径为10mm，该石英管为异形石英管，其内壁均匀分布有三个朝向晶体棒的凸起部，每个凸起部上镀有金属反射膜，反射率为90％。该凸起部的表面为圆弧状，圆弧的法线经过晶体棒的中心，其曲率半径为3～5mm，如4mm，圆弧的弦长为2.5mm。石英管3的外部，在每两个相邻的凸起部之间对应位置处设置有LD泵浦模块，其包括LD线性阵列，每个LD线性阵列包括5个功率为40w的巴条。该LD泵浦模块包括等腰梯形结构的水冷结构7，其材料为导热率高的金属铜。该水冷结构7的梯形的下底长度为2～3mm，上底长度为6～8mm，其中该下底朝向石英管3方向。在水冷结构的侧壁设置有陶瓷片5，该陶瓷片5上方，设置有LD泵浦芯片，为了对LD芯片进行高效散热，水冷结构7侧壁内部，即陶瓷片5的正下方设置有微通道结构水冷通道，通水孔平行于侧壁。LD泵浦芯片发出的光，经过石英管3后到达晶体棒1，部分被吸收，未被吸收的光被反射凸起部反射，再次回到晶体棒1。LD通过陶瓷片被水冷结构7水冷散热。石英管3通过水冷散热。通过以上结构，LD发出的光被晶体棒部分吸收后，到达凸起部反射，该凸起部的曲率半径通过zemax软件来进行设计，使其反射回晶体棒，并被再次吸收。
实施例2：
其基本结构与实施例1相同，其中半导体泵浦模块的个数为5个，异形石英管内部的凸起部为5个，每个凸起部上镀有介质反射膜，反射率为99％。该凸起部的表面为圆弧状，对应的圆的曲率半径为4～6mm，如5mm。圆弧的弦长为2.5mm。
实施例2：
其基本结构与实施例1相同，其中半导体泵浦模块的个数为7个，异形石英管内部的凸起部为7个，每个凸起部上镀有介质反射膜，反射率为99％。该凸起部的表面为圆弧状，对应的圆的曲率半径为5～7mm，如6mm。圆弧的弦长为2mm。
Claims (10)
1.一种高功率LD侧面环绕泵浦结构模块，其特征在于：其包括：
增益介质；
石英管；
端盖；
LD泵浦模块；
其中，该增益介质为晶体棒，安装在石英管内；
该石英管为异形石英管，其内壁均匀设有多个凸起部，该凸起部表面镀有反射膜，该凸起部的表面为圆弧状，圆弧的法线经过晶体棒的中心；石英管内部通水，对晶体棒进行冷却；
该端盖安装于石英管的两端，端盖内设有水冷通道，该水冷通道与LD泵浦模块以及石英管的水冷通道相通；
LD泵浦模块设置在石英管的外部，在每两个相邻的凸起部之间对应位置处；其包括LD线性阵列以及水冷结构；所述水冷结构为等腰梯形结构的水冷结构，其下底朝向晶体棒方向，在水冷结构的侧壁上设置有陶瓷片，该陶瓷片上方设置有LD；水冷结构侧壁内部，陶瓷片的正下方设置有微通道结构水冷通道，通水孔平行于侧壁；
LD发出的泵浦光，经过石英管后到达晶体棒，部分被吸收，未被吸收的光被凸起部反射，再次回到晶体棒被吸收；LD通过陶瓷片被水冷结构水冷散热。
2.如权利要求1所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述晶体棒为Nd：YAG晶体棒，掺杂浓度为1％，长度为90mm，直径为4～6mm。
3.如权利要求1所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述石英管的管长为60mm，内壁直径为8mm，外壁直径为10mm。
4.如权利要求1所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述凸起部的个数为三个，每个凸起部上镀有金属反射膜，反射率为90％，该凸起部的表面为圆弧状，对应的圆的曲率半径为3～5mm，圆弧的弦长为3mm。
5.如权利要求4所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述曲率半径为4mm。
6.如权利要求1所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述水冷结构的材料为导热率高的金属铜，其梯形的下底长度为2～4mm，上底长度为6～8mm。
7.如权利要求6所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述水冷结构的材料为导热率高的金属铜，其梯形的下底长度为3mm，上底长度为7mm。
8.如权利要求1所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述凸起部的个数为五个，每个凸起部上镀有介质反射膜，反射率为99％，该凸起部的表面为圆弧状，对应的圆的曲率半径为4～6mm，圆弧的弦长为2.5mm。
9.如权利要求8所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述曲率半径为5mm。
10.如权利要求1所述的泵浦结构模块，其特征在于：所述凸起部的个数为七个，每个凸起部上镀有介质反射膜，反射率为99％，该凸起部的表面为圆弧状，对应的圆的曲率半径为5～8mm，圆弧的弦长为2mm。
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