CN102801094B - 一种用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，其包括：一具有前后通透的多面柱形内腔的陶瓷腔体；每一内表面上设一向陶瓷腔体中心渐缩并相交的挡角；涂覆于多面柱形内腔内表面上的陶瓷反光釉层；置多面柱形内腔轴线中心的一激光晶体棒；呈空间旋转对称排布于多面柱形内腔中激光晶体棒外围的N支闪光灯；N为3～30的正整数；挡角对称中心线与相邻二支闪光灯轴线连线垂直；挡角顶角距激光晶体棒1～2mm；挡角为10°～160°并与闪光灯数目相等；多面柱形内腔的前后表面盖有盖板，其内装冷却水；具有结构简单，抽运效率高，泵浦均匀性好，减少闪光灯互照造成的自吸收损耗等优点；可用于各种大功率脉冲灯泵激光器、激光放大器中。
Description
技术领域
本发明属于固体激光技术领域，特别涉及一种新型的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔。
背景技术
固体激光器的抽运方式分为LD抽运和闪光灯抽运，半导体抽运的优点同比灯泵具有抽运转化效率高，体积小，功耗低，冷却压力小等优点，但对于需要峰值功率高，特别是需要巨大单脉冲能量抽运，重复频率比较低(如几百赫兹以下的情况下)，或者是环境电磁干扰严重、环境空气粉尘较多、环境温度受外界温度影响比较大的情况下，闪光灯抽运无疑是更具备比较优势。高功率激光输出的实现和获得，首先要保障设计合理的泵浦几何结构，使更多的灯参与泵浦，以提供给激光工作物质更多的能量；同时，由于在高放电载荷下，闪光灯本身相当于一个黑体，所以泵浦几何结构设计上，要让尽可能多的能量落到激光晶体棒上而不是被灯这个“黑体”吸收。可见，激光聚光腔的泵浦几何设计，是高功率脉冲激光器设计的核心，对于高功率固体激光器，比如平均功率千瓦以上的聚光腔，既要实现高传输效率、耐高温、同时要兼顾泵浦均匀。传统的镜像腔很难满足要求，参考《大整圆金属聚光腔》(实用新型专利，CN2356438Y)，《全新冷却方式双椭圆泵浦腔的实验研究》(应用激光，1994年12月，第14卷第6期)都遇到泵浦能量供给受限，同时均匀性不好等问题，而采用普通的陶瓷腔或漫反射粉的腔结构，一定程度上只是解决了泵浦均匀性的问题，对于抽运能力的补强和抽运效率的改善都存在着无法克服的缺陷，漫反腔结构参考《激光器玻璃聚光腔及其加工方法》(发明专利，北京光电技术研究所，CN1585214A)。
发明内容
本发明的目的是克服目前高功率脉冲激光器聚光腔设计过程中遇到的通过增加闪光灯数以保证在闪光灯合理载荷下增加总泵浦注入能量，由于闪光灯互相照射的灯黑体自吸收造成的有效泵浦效率下降或均匀性差的不足，采用在陶瓷内表面结构直接增加挡角的办法，使闪光灯放电时发出的光主要都照射到激光晶体棒上，减少照射到其他闪光灯上的几率，以保障在高功率激光泵浦时，实现多灯高效率泵浦，以最大程度的实现激光器的更高功率输出，并节约成本，提高效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，如图2所示，其包括：一陶瓷腔体1；
所述陶瓷腔体1具有一前后通透的多面柱形内腔；所述多面柱形内腔的每一内表面上设有一向陶瓷腔体1中心渐缩并相交的挡角4；所述多面柱形内腔的纵截面呈花瓣形状截面；挡角4呈尖角状(如图1所示)；
涂覆于所述多面柱形内腔内表面之上的陶瓷反光釉层3；
放置于所述陶瓷腔体1的多面柱形内腔中轴线的一激光晶体棒5；
呈空间旋转对称排布于所述陶瓷腔体1的多面柱形内腔中所述激光晶体棒5外围的N支闪光灯2；所述闪光灯2位于相邻的两挡角4之间；所述N为3～30的正整数；
所述挡角4的对称中心线与相邻的二支闪光灯2轴线连线垂直；
所述挡角4的顶角与所述激光晶体棒5相距1～2mm；
所述挡角4为10°～160°的尖角；
所述挡角4的数目与闪光灯2的数目相等；
所述多面柱形内腔的前后表面分别盖有不透明盖板，所述多面柱形内腔内装有冷却水6。
所述多面柱形内腔的内表面之间设有倒角面。
所述激光晶体棒5的轴线和闪光灯2的轴线之间的连接线垂直所述倒角面。
所述倒角面的纵截面尺寸为闪光灯灯管内径的0.5倍～1.5倍。
所述激光晶体棒5为圆柱体，圆柱体的两圆形端面经抛光，其上镀有对激光器工作波长相对应的增透膜。
所述的陶瓷腔体1外形为多面柱体或圆柱体。所述多面柱体为三角形柱体、长方体或正方体。
本发明的多面柱形内腔内表面上的陶瓷反光釉层3相对于激光晶体棒5也是空间对称；闪光灯2发出的光既可以直接照射激光晶体棒5，也可以经陶瓷反光釉3反射后照射激光晶体棒5，但闪光灯之间由于挡角4的存在，不能实现对照。
所述闪光灯总数为N支(N为3～30的正整数)，则每支闪光灯辐照在激光晶体棒侧表面上的照射区域为激光晶体棒总泵浦长度的侧面表面积的1/N。每支灯的直接照射只对自己近邻的激光晶体棒部分有贡献，对其它灯近邻的激光晶体棒部分几乎没有贡献。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔具有结构简单，抽运效率高，泵浦均匀性好，减少闪光灯互相照射造成的自吸收损耗等优点；可用于各种大功率脉冲灯泵激光器、激光放大器中。
附图说明
图1为陶瓷腔体1的结构示意图；
图2为用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔(实施例1)的结构示意图；
图3为实施例2中的陶瓷腔体1的结构示意图；
其中：陶瓷腔体1 闪光灯2 陶瓷反光釉3
挡角4 激光晶体棒5 冷却水6
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明：
实施例1：制作图2所示的用于高功率脉冲激光器的多灯泵浦漫反射聚光腔
在本实施例中闪光灯2的数目为4；
本实施例的用于高功率脉冲激光器的多灯泵浦漫反射聚光腔，如图2所示，其包括：一陶瓷腔体1；所述陶瓷腔体1如图1所示，其外形为正四方体，其内的多面柱形内腔的纵截面四方形；四方形内腔的四个内表面上的分别设有向陶瓷腔体1中心渐缩并相交的挡角4；该四方形内腔的纵截面呈花瓣形状截面，挡角4呈尖角状；
该四方形内腔的内表面上分别涂有陶瓷反光釉层3。该四方形内腔的内表面连接处设有倒角；陶瓷腔体1内的该四方形内腔的界面为带有挡角4的花瓣形状，挡角4的对称中心线和每相邻的两支闪光灯2轴线连线垂直，挡角顶角和激光晶体棒相距1～2mm均可；挡角4为防止闪光灯2之间光线互照，挡角的形状可以是如图1所示的尖角形，角度范围在10度到160度之间都可以。挡角4的数目和灯2的数目相等(本实施例均为4个)；每支闪光灯2放置在相邻的挡角间，如图2；聚光腔内腔(陶瓷腔体1内的该四方形内腔)的中心轴线放置激光晶体棒5；聚光腔内轮廓在激光晶体棒5的轴线和闪光灯2轴线的连接线附近倒角，以减少内反射面的表面积，从而达到减少闪光灯的表面弹射漫反次数，提高聚光效率，倒角尺寸可以是闪光灯2的内径的0.5倍～1.5倍之间。
实施例2
参照图3，制作用于高功率脉冲激光器的4灯泵浦漫反射聚光腔；陶瓷腔体1的的多面柱形内腔由八段相同的圆弧组成，每相邻的两条圆弧同离激光晶体棒4近的交点成为挡角4，挡角4的存在可以防止闪光灯之间光线互照；圆弧和闪光灯最近处的距离大于2mm为宜，以保障有足够流速的冷却水可以流过，圆弧的半径和长度以能包裹住闪光灯的前提下，越短越好，以减少聚光腔内(陶瓷腔体1内的该四方形内腔)反射面的表面积，从而达到减少闪光灯的表面弹射漫反次数，提高聚光效率。本实施例的圆弧面上涂有陶瓷反光釉3；激光晶体棒5及闪光灯2的布置于实施例1相同，在此不再赘述。
上述实施例仅给出了4支闪光灯例子，本行业普通技术人员完全可以根据上述实施例做出3～30支闪光灯的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，在此不再一一赘述。
Claims (4)
1.一种用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，其特征在于，其包括：
一陶瓷腔体（1）；
所述陶瓷腔体（1）具有一前后通透的多面柱形内腔；所述多面柱形内腔的每一内表面上设有一向陶瓷腔体（1）中心渐缩并相交的挡角（4）；所述多面柱形内腔的纵截面呈花瓣形状截面；
涂覆于所述多面柱形内腔内表面之上的陶瓷反光釉层（3）；
放置于所述陶瓷腔体1的多面柱形内腔中轴线的一激光晶体棒（5）；
呈空间旋转对称排布于所述陶瓷腔体1的多面柱形内腔中所述激光晶体棒（5）外围的N支闪光灯（2）；所述闪光灯（2）位于相邻的两挡角（4）之间；所述N为3～30的正整数；
所述挡角（4）的对称中心线与相邻的二支闪光灯（2）轴线连线垂直；
所述挡角（4）的顶角与所述激光晶体棒（5）相距1～2mm；
所述挡角（4）为10°～160°的尖角；
所述挡角（4）的数目与闪光灯2的数目相等；
所述多面柱形内腔的前后表面分别盖有不透明盖板，所述多面柱形内腔内装有冷却水(6)；
所述多面柱形内腔的内表面之间设有倒角面；所述激光晶体棒(5)的轴线和闪光灯(2)的轴线之间的连接线垂直所述倒角面；所述倒角面的纵截面尺寸为闪光灯灯管内径的0.5倍～1.5倍。
2.按权利要求1所述的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，其特征在于，所述激光晶体棒(5)为圆柱体，圆柱体的两圆形端面经抛光，其上镀有对激光器工作波长相对应的增透膜。
3.按权利要求1所述的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，其特征在于，所述的陶瓷腔体(1)外形为多面柱体或圆柱体。
4.按权利要求3所述的用于高功率灯泵激光器的多灯漫反聚光腔，其特征在于，所述多面柱体为三角形柱体、长方体或正方体。
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