CN104078828B - 基于分立圆对称分布ld阵列的泵浦光高均匀度实现方法 - Google Patents

基于分立圆对称分布ld阵列的泵浦光高均匀度实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，特别是泵浦光经过两次匀化在激光晶体内形成均匀分布的方法。其中，第一次匀化通过光锥对LD泵浦光进行多次漫反射实现，第二次匀化通过激光晶体对入射到其内部泵浦光的多次全反射实现，进而提高晶体内泵浦光分布均匀性。与传统的泵浦方法相比，该方法在激光晶体内形成的泵浦光分布更加均匀，泵浦效率更高。

Description

基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法
技术领域
本发明涉及一种基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，属于固体激光器领域。
背景技术
传导冷却固体激光器的泵浦结构通常由LD阵列泵浦源、激光晶体以及热沉组成。传统上作为泵浦源的半导体激光器阵列(Laser Diode Array，LDA)圆对称的排列在激光晶体周围，LD阵列各自发光照射到晶体内部，使晶体发生粒子数反转，发出荧光。但由于LD阵列发光区由多个bar条组成，bar条之间有一定间距；半导体激光能量分布为高斯(或超高斯)分布等原因，使得照射到激光晶体内部的激光分布不均，影响模式匹配，最终导致出射激光光束质量不高。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，使泵浦光在激光晶体内分布均匀。
本发明技术解决方案：基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，实现步骤如下：
(1)采用光锥在所有LD阵列泵浦光进入激光晶体前对LD阵列泵浦光线进行多次漫反射，实现第一次匀化；
(2)在激光晶体外设置一个光学材料管，在光学材料管内充入折射率低于所述激光晶体材料的匹配液，泵浦光照射到激光晶体内部后发生多次全反射，实现第二次匀化。
所述光锥的角度与LD发散角有关，要求从光锥的出光口发出的光具有较高，即优于0.8的均匀度；所述光锥的角度范围为14-16度。
所述光锥采用金属、陶瓷、塑料或树脂。
所述光学材料管的内径比激光晶体外径略大，尺寸在1.5mm范围内。
所述光学材料管的材料对泵浦光透过率高，选用玻璃或透明陶瓷材料。
所述匹配液的选择要求在激光器工作的环境条件，包括温度、气压、加速度下，保持物理状态稳定，通常匹配液选择为水、酒精、防冻液。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)LD泵浦光在照射进激光晶体前经过匀化处理，提高了LD泵浦光沿激光晶体横截面切线方向的均匀性。
(2)LD泵浦光照射进激光晶体后会在激光晶体与低折射率匹配液交界面处发生多次全反射，使LD泵浦光在激光晶体内发生多次全反射，实现激光晶体横截面各个方向的匀化，进一步提高了泵浦均匀性。
(3)LD泵浦光在激光晶体内的多次全反射使更多的泵浦光能量约束在晶体内，从而提高了泵浦效率。
附图说明
图1是本发明的第一结构示意图；
图2是本发明的第二结构示意图。
其中：1为激光晶体，2为匹配液，3为光学材料管，4为热沉，5为LD阵列，6为LD阵列发光端面，7为热沉反射面
具体实施方式
下面结合附图详细说明实施例。
如图1所示，根据总泵浦功率确定LD阵列数量及排列方式(以3列为例)，将LD阵列1固定在热沉2上(热沉2为示意图)，圆对称的排列在激光晶体3周围。
如图2所示，在激光晶体1外套上一层光学材料管3，使激光晶体1与光学材料管3严格同心，在激光晶体1与光学材料管3之间充入物理性能稳定的低折射率匹配液2。光学材料管3的内径比激光晶体外径略大，尺寸在1.5mm范围内，以保证匹配液2对泵浦光尽量小的损耗。匹配液2材料应满足与激光晶体1折射率保持尽量大的差异(保证一定的全反射角)。同时匹配液材料应满足在激光器工作的环境条件(温度、气压、加速度等)下，保持物理状态稳定，一般可选择水、酒精、防冻液。
将光锥安装在热沉4上，或将热沉4做成光锥形状，光锥材料可采用金属、陶瓷、塑料或树脂(本发明实施例为将金属热沉4做成光锥形状)。泵浦光从LD阵列发光端面6出射后经过光锥多次漫反射从出光口出射。设计光锥的角度、长度、出光口尺寸及出光口与激光晶体间距，光锥出光口尺寸及其与激光晶体间距要求使光束经过光学材料折射后能够且完全覆盖激光晶体横截面区域。通过光线追迹对出射泵浦光分布进行模拟仿真，调整参数使出射泵浦光能量(功率)分布均匀度大于0.8(本发明实施例光锥角度为15°，长度为12mm，出光口尺寸为5mm)。
泵浦光经过光学材料管3、匹配液2折射后进入激光晶体1。进入激光晶体1的泵浦光分为三部分，第一部分直接被激光晶体1吸收；第二部分在激光晶体1与匹配液2界面处发生多次全反射，最终被完全吸收；第三部分透过激光晶体1照射到热沉反射面7上，被反射回激光晶体1再次吸收及全反射。泵浦光经过多次吸收和全反射后，实现第二次匀化。最终实现激光晶体1内泵浦光分布的高度均匀化。设计光学材料管3、匹配液2以及反射面7的参数，以及出光口与激光晶体间距，通过光线追迹对晶体内泵浦光分布进行模拟仿真，调整参数使激光晶体1内泵浦光能量(功率)分布均匀度达到最优。

Claims (8)

1.基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，包括其特征如下：
(1)采用光锥在所有LD阵列泵浦光进入激光晶体前对LD阵列泵浦光线进行多次漫反射，实现第一次匀化；
(2)在激光晶体外设置一个光学材料管，使光学材料管与激光晶体同心，在光学材料管与激光晶体之间充入折射率低于所述激光晶体材料的匹配液，泵浦光照射到激光晶体内部后发生多次全反射，实现第二次匀化；所述光锥的角度与LD发散角有关，要求从光锥的出光口发出的光具有较高，即优于0.8的均匀度。
2.根据权利要求1所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：所述光锥的角度范围为12-16度。
3.根据权利要求1所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：所述光锥采用抛光金属、陶瓷、塑料或树脂。
4.根据权利要求1所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：光锥包括两个热沉面或者为独立光锥。
5.根据权利要求1所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：所述光学材料管的内径比激光晶体略大以保证匹配液较小的损耗，即在1.5mm范围内。
6.根据权利要求1所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：所述光学材料管的材料对泵浦光透过率高，选用玻璃或透明陶瓷材料。
7.根据权利要求1所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：所述匹配液的选择要求在激光器工作的环境条件，包括温度、气压、加速度下，保持物理状态稳定。
8.根据权利要求1或7所述基于分立圆对称分布LD阵列的泵浦光高均匀度实现方法，其特征在于：所述匹配液可为水、酒精或防冻液。
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