CN103915749A - 具有良好散热的高功率固体激光器 - Google Patents

Abstract

一种具有良好散热的高功率固体激光器，其特征在于：所采用的增益介质包括M形部和M形部两翼的锥形部，该增益介质关于M形部的中心对称，其中M形部包括了四个臂，从左到右分别为第一臂(22)，第二臂(23)，第三臂(24)，第四臂(25)，这四个臂组合成M形，任意两个臂之间的夹角都相等，并且该角度处于20到60度之间。

Description

具有良好散热的高功率固体激光器

技术领域

本发明涉及一种激光器，主要涉及一种固体激光器，属于光电子技术领域。

背景技术

固体激光器是目前非常常用的激光器，并且很多固体激光器都是高功率的激光器，对于高功率的激光器来说，其在工作时所产生的热量是非常大的，热量产生的原因主要是由于泵浦光的利用不充分以及散热器较差的散热能力。现有技术中的大功率的固体激光器在面对这种问题的时候往往是采用间歇性的工作方式，也即如果发生了散热不及时导致超温情况的发生，此时就停止激光器的工作。这给日常的科研和学习工作造成了很大的不变，针对于此，我们提出了本发明。

发明内容

本发明为了解决上述问题，从两方面出发，一方面是在增加增益介质长度的同时增大增益介质的散热面积，并采用了新的水冷散热方式；另外一方面就是充分提高泵浦光的利用，使尽可能多的泵浦光转化为激光，从而可以在得到高功率激光器的同时获得良好的散热，并尽可能的节省能源。

根据本发明的一实施例，提供了一种具有良好散热的高功率固体激光器，其特征在于：所采用的增益介质包括M形部和M形部两翼的锥形部，该增益介质关于M形部的中心对称，其中M形部包括了四个臂，从左到右分别为第一臂(22)，第二臂(23)，第三臂(24)，第四臂(25)，这四个臂组合成M形，任意两个臂之间的夹角都相等，并且该角度处于20到60度之间，其中第一臂和第二臂所形成夹角的上表面被切割成具有一定长度的平面，该平面的长度以能够进行正常光反射即可，其长度可取1cm-5cm之间，而第二臂和第三臂所形成的夹角的下表面以及第三臂和第四臂之间所形成夹角的上表面也被切割成具有一定长度的平面，这两个平面所满足的条件也是以能够进行正常光反射即可，其长度可取1cm-5cm之间，两个锥形部分别与第一臂和第四臂连接并且分别从第一臂和第四臂向外延伸，两个锥形部与第一臂和第四臂相交处的高度小于第一臂和第四臂末端的高度，从而使得第一臂和第四臂各自具有一部分裸露在外，并且锥形部的上表面和第一臂以及第四臂端面都是倾斜的，从而在第一臂的端面与第一锥形部(21)的上表面之间形成一个夹角，在第四臂的端面与第二锥形部(26)的上表面之间形成一个夹角，该夹角满足的条件为：当水平的光线照射到锥形部的上表面上被反射之后能够以垂直于第一臂或第四臂的裸露端面的方式入射到所述第一臂或第四臂内，并且在增益介质内部被各臂之间所切割出的平面反射之后以垂直于第四臂或第一臂端面的形式出射，出射之后入射到锥形部的上表面，然后被锥形部的上表面以水平的方向反射出去。

根据本发明的另外一实施例，所述的增益介质置于由输出镜和全反射镜之间的谐振腔内，沿光路设置依次为全反射镜，45度倾斜设置偏振镜，四分之一玻片，所述增益介质，输出镜，其中在偏振镜的另外一侧设置有泵浦装置，并且，在所述第一臂的裸露的端面上镀有泵浦光全反射膜和增益介质谐振光的部分反射膜，在第四臂的裸露端面上镀有泵浦光和增益介质谐振光的增透膜。

根据本发明的另外一实施例，所述泵浦装置包括激光二极管阵列，缩束装置，准直装置以及偏振器，其中缩束装置用于将激光二极管阵列发出的光束进行缩束以改变成小直径高能量的光束，该被缩束后的光束经过准直装置准直之后入射到偏振器上，经过偏振器的作用之后变成线偏振的泵浦光束，其中缩束装置缩束之后所产生的光束的直径是有要求的，该缩束之后的光束的直径应当为增益介质内所产生的激光的光束直径的2-4倍之间，泵浦光束由第四臂裸露的端面入射到增益介质内并且与增益介质内谐振激光同光路。

根据本发明的另外一实施例，所述的增益介质外部缠绕有水冷散热管，该散热管具有一定柔性，截面为矩形，其内部具有多根平行的散热翅片，一方面是为了增加散热面积，另外一方面则对于散热管的外部起到支撑作用，冷却水在散热管内不断的流动，会及时的将散热管内的热量带走，散热管依据增益介质的形状紧密缠绕在增益介质的外部，在缠绕时使用硅胶将散热管与增益介质紧紧结合在一起，从而能够使得增益介质所产生的热量及时传送到散热管上。

附图说明

附图1是本发明的M形增益介质的示意图；

附图2是本发明固体激光器的示意图；

附图3是本发明的泵浦源的示意图；

附图4是图2中A处的局部放大图；

附图5是本发明所采用的散热管。

在上述的附图中，1表示输出镜，2表示增益介质，3表示全反射镜，4表示泵浦装置，5表示四分之一波片，21和26表示增益介质两翼的锥形部，22，23，24，25分别表示增益介质中间M形部的四个臂，41表示激光二极管阵列，42表示缩束装置，43表示准直器，6表示增益介质内所产生的激光，7表示泵浦光，251表示的是臂25的端面，261表示的是锥形部26的上表面，。

具体实施方式

下面首先在结合附图1的基础上来说明本发明所采用的增益介质，如图1所示，本发明所采用的增益介质大致为一个纸鸢形，其包括中间的M形部和两翼的锥形部。该增益介质关于M形部的中心对称，其中M形部包括了四个臂，也即22-25，这四个臂组合成M形，任意两个臂之间的夹角都相等，并且该角度处于20到60度之间，优选为30-50度，这四个臂从左到右为第一臂22，第二臂23，第三臂24，第四臂25，其中第一臂和第二臂所形成夹角的上表面被切割成具有一定长度的平面，该平面的长度以能够进行正常光反射即可，其长度可取1cm-5cm之间，当然，如果条件允许的话，可将该平面做得更长，而第二臂和第三臂所形成的夹角的下表面以及第三臂和第四臂之间所形成夹角的上表面也被切割成具有一定长度的平面，这两个平面所满足的条件也是以能够进行正常光反射即可，其长度可取1cm-5cm之间，当然，如果条件允许的话，可将该平面做得更长，两个锥形部分别与第一臂和第四臂连接并且分别从第一臂和第四臂向外延伸，两个锥形部与第一臂和第四臂相交处的高度小于第一臂和第四臂末端的高度，从而使得第一臂和第四臂各自具有一部分裸露在外，并且在锥形部的上表面和第一臂以及第四臂端面都是倾斜的，从而在第一臂的端面与第一锥形部21的上表面之间形成一个夹角，在第四臂的端面与第二锥形部26的上表面之间形成一个夹角，该夹角满足的条件为：当水平的光线照射到锥形部的上表面上被反射之后能够以垂直于第一臂或第四臂的裸露端面的方式入射到所述第一臂或第四臂内，并且在增益介质内部被各臂之间的平面反射之后以垂直于第四臂或第一臂端面的形式出射。例如，当水平的光线由右侧入射时，该水平光线被第二锥形部的上表面反射之后，以垂直的方式入射到第四臂内，然后被第四臂和第三臂夹角上部的平面反射之后接着被第三臂和第二臂夹角下部的平面以及被第二臂和第一臂夹角上部的平面反射之后，以垂直于第一臂的裸露端面的方式出射，并入射到第一锥形部的上表面，然后以水平的方向反射出去。

下面在结合附图2的基础上来说明本发明的高功率的固体激光器，将图1的增益介质置于由输出镜和全反射镜3之间的谐振腔内，沿光路设置依次为全反射镜3，45度倾斜设置偏振镜，四分之一波片，增益介质，输出镜，其中在偏振镜的另外一侧设置有泵浦装置。并且，在输出镜一侧增益介质最外侧臂(在图2中即为第一臂)的裸露的端面上镀有泵浦光全反射膜和增益介质谐振光的部分反射膜，在相对侧的最外侧臂的裸露端面上镀有泵浦光和增益介质谐振光的增透膜。

下面结合附图3来说明本发明所采用的泵浦装置，该泵浦装置包括激光二极管阵列41，缩束装置42，准直装置43以及偏振器44，其中缩束装置用于将激光二极管阵列41发出的光束进行缩束以改变成小直径高能量的光束，该被缩束后的光束经过准直装置43准直之后入射到偏振器44上，经过偏振器的作用之后变成线偏振的泵浦光束。其中缩束装置缩束之后所产生的光束的直径是有要求的，该缩束之后的光束的直径应当为增益介质内所产生的激光的光束直径的2-4倍之间，在图4中可以看出，6表示增益介质产生的激光束，7表示泵浦光束，泵浦光束由第四臂裸露的端面入射到增益介质内并且与增益介质内谐振激光同光路。

图5示出了缠绕在增益介质外部的水冷散热管示意图，该散热管为柔性的，截面为矩形，其内部具有多根平行的散热翅片，一方面是为了增加散热面积，另外一方面则对于散热管的外部起到支撑作用，冷却水在散热管内不断的流动，会及时的将散热管内的热量带走，散热管依据增益介质的形状紧密缠绕在增益介质的外部，在缠绕时使用硅胶将散热管与增益介质紧紧结合在一起，从而能够使得增益介质所产生的热量及时传送到散热管上。

采用本发明的固体激光器，由于采用了M形的增益介质，增益介质的散热面积得到极大的增强，同时，由于在M形增益介质的两翼具有较小的锥形部，从而可使得泵浦光能够与增益介质的激光同光路进行耦合，不仅使得泵浦光的利用效率得到了极大提高，还降低了热量的产生，同时由于偏振镜及四分之一波片，使得泵浦光局限在了增益介质内部，不会溢流出来，再一次提高了泵浦光的利用效果，最后，由于使用了内部具有散热翅片的水冷管，使得散热效率得到提高，可很好的满足大功率激光器各种要求。

Claims (4)

1.一种具有良好散热的高功率固体激光器，其特征在于：所采用的增益介质包括M形部和M形部两翼的锥形部，该增益介质关于M形部的中心对称，其中M形部包括了四个臂，从左到右分别为第一臂(22)，第二臂(23)，第三臂(24)，第四臂(25)，这四个臂组合成M形，任意两个臂之间的夹角都相等，并且该角度处于20到60度之间，其中第一臂和第二臂所形成夹角的上表面被切割成具有一定长度的平面，该平面的长度以能够进行正常光反射即可，其长度可取1cm-5cm之间，而第二臂和第三臂所形成的夹角的下表面以及第三臂和第四臂之间所形成夹角的上表面也被切割成具有一定长度的平面，这两个平面所满足的条件也是以能够进行正常光反射即可，其长度可取1cm-5cm之间，两个锥形部分别与第一臂和第四臂连接并且分别从第一臂和第四臂向外延伸，两个锥形部与第一臂和第四臂相交处的高度小于第一臂和第四臂末端的高度，从而使得第一臂和第四臂各自具有一部分裸露在外，并且锥形部的上表面和第一臂以及第四臂端面都是倾斜的，从而在第一臂的端面与第一锥形部(21)的上表面之间形成一个夹角，在第四臂的端面与第二锥形部(26)的上表面之间形成一个夹角，该夹角满足的条件为：当水平的光线照射到锥形部的上表面上被反射之后能够以垂直于第一臂或第四臂的裸露端面的方式入射到所述第一臂或第四臂内，并且在增益介质内部被各臂之间所切割出的平面反射之后以垂直于第四臂或第一臂端面的形式出射，出射之后入射到锥形部的上表面，然后被锥形部的上表面以水平的方向反射出去。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的增益介质置于由输出镜和全反射镜之间的谐振腔内，沿光路设置依次为全反射镜，45度倾斜设置偏振镜，四分之一波片，所述增益介质，输出镜，其中在偏振镜的另外一侧设置有泵浦装置，并且，在所述第一臂的裸露的端面上镀有泵浦光全反射膜和增益介质谐振光的部分反射膜，在第四臂的裸露端面上镀有泵浦光和增益介质谐振光的增透膜。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于：所述泵浦装置包括激光二极管阵列，缩束装置，准直装置以及偏振器，其中缩束装置用于将激光二极管阵列发出的光束进行缩束以改变成小直径高能量的光束，该被缩束后的光束经过准直装置准直之后入射到偏振器上，经过偏振器的作用之后变成线偏振的泵浦光束，其中缩束装置缩束之后所产生的光束的直径是有要求的，该缩束之后的光束的直径应当为增益介质内所产生的激光的光束直径的2-4倍之间，泵浦光束由第四臂裸露的端面入射到增益介质内并且与增益介质内谐振激光同光路。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于：所述的增益介质外部缠绕有水冷散热管，该散热管具有一定柔性，截面为矩形，其内部具有多根平行的散热翅片，一方面是为了增加散热面积，另外一方面则对于散热管的外部起到支撑作用，冷却水在散热管内不断的流动，会及时的将散热管内的热量带走，散热管依据增益介质的形状紧密缠绕在增益介质的外部，在缠绕时使用硅胶将散热管与增益介质紧紧结合在一起，从而能够使得增益介质所产生的热量及时传送到散热管上。