CN104348079B - 具有抑制横向激射功能的玻璃基质激光棒 - Google Patents
具有抑制横向激射功能的玻璃基质激光棒 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有抑制横向激射功能的玻璃基质激光棒，包括：圆柱形的玻璃激光棒，该玻璃激光棒的截面为圆形，包括三个部分，这三个部分的半径分别为R1，R2和R3，并且满足R1＜R2＜R3，其中R1为产生激光束的区域，R3为该玻璃激光棒的最大外周半径，其中小于等于R1的区域中只是掺杂有工作物质，其中在R1到R2的区域中除掺杂有工作物质外，还掺杂有吸收光的物质和光散射物质，在R2到R3的区域中除掺杂有工作物质、吸收光的物质和光散射物质外，还设置有沿玻璃激光棒纵向分布的通孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体激光装置，更具体的涉及一种具有抑制横向激射功能的玻璃基质激光棒，属于光电子技术领域。
背景技术
固体激光器属于非常常用的一种激光器，并且在日常的生产生活当中占据了很大的比例，固体激光器区别于气体激光器的最大特点就在于其激射介质为固体介质，固体的激射介质一般表现为圆柱形或者长方形，这就使得固体激光器伴随着一种特有的缺陷，也即横向激射，激光器的激射一般都发生在谐振腔的轴向，但是固体激光器由于在横向上存在着由固体介质与空气之间形成的界面，该界面是由两种物质的折射率差形成的，从而有可能使得在横向上形成谐振腔，虽然该谐振腔并不规则，并且端面的反射率一般都比较低，但是由于横向增益的客观性，大功率的固体激光器一般都存在着一定的横向激射现象，横向激射现象的发生造成泵浦能量极大的损失。现有技术中存在各种各样的消除横向激射的方法，例如将固体激光棒浸入到折射率相近的液体中，或者对固体激光棒的表面进行一定的处理，消除其中的镜面，但是这些方法或多或少的存在着一定的缺陷，例如浸入液体中导致装置复杂，造价高。本发明正是针对这些缺陷提出来的，目的就是为了获得一种简单便捷，不需要增加额外装置的固体激光棒。
发明内容
本发明提供了一种具有抑制横向激射功能的玻璃基质激光棒，包括：圆柱形的玻璃激光棒，该玻璃激光棒的截面为圆形，包括三个部分，这三个部分的半径分别为R1，R2和R3，并且满足R1＜R2＜R3，其中R1为产生激光束的区域，R3为该玻璃激光棒的最大外周半径，其中小于等于R1的区域中只是掺杂有工作物质，其中在R1到R2的区域中除掺杂有工作物质外，还掺杂有吸收光的物质和光散射物质，在R2到R3的区域中除掺杂有工作物质、吸收光的物质和光散射物质外，还设置有沿玻璃激光棒纵向分布的通孔，该通孔连接该玻璃激光棒的两个端面，并且从R1到R3的区域中吸收光的物质和光散射物质的掺杂浓度是逐渐增大的，而工作物质的浓度则由R1开始沿径向向外逐渐降低，并且满足径向上大于R1的区域的折射率大于径向上≤R1区域的折射率，并且从R2开始沿着径向到R3的区域中的折射率是逐渐增大的，并且R2要大于1.2倍的R1。
根据本发明的另外一实施例，逐渐增大的浓度Y满足线性函数，也即，满足Y＝KR，其中K＜0.5，K表示比例系数，R为半径。
根据本发明的另外一实施例，所述通孔的半径要小于R3/20。
根据本发明的另外一实施例，其中通孔的密度沿着径向由内向外逐渐增大。
根据本发明的另外一实施例，所述通孔内壁沿轴向延伸并且沿着圆周均匀分布的棱。
根据本发明的另外一实施例，所述棱的棱角为30度以下。
使用上述的激光棒，可在保证激光棒良好散热正常工作的情况下实现良好的横向激射抑制作用。
附图说明
附图1是本发明玻璃激光棒的整体示意图；
附图2是本发明的玻璃激光棒的截面示意图。
具体实施方式
下面将在结合附图的基础上详细描述本发明的装置，附图1示出了本发明的玻璃激光棒的整体示意图，其为圆柱形，与现有技术中的玻璃激光棒的形状是一致的。图2示出了本发明中所采用的玻璃激光棒的截面图，该玻璃激光棒的截面为圆形，包括三个部分，这三个部分的半径分别为R1，R2和R3，并且满足R1＜R2＜R3，其中R1为产生激光束的区域，该区域中只是掺杂有工作物质，R3为该玻璃激光棒的最大外周半径，其中在R1到R2的区域中除掺杂有工作物质外，还掺杂有吸收光的物质和光散射物质，在R2到R3的区域中除掺杂有工作物质，吸收光的物质和光散射物质外，还设置有沿玻璃激光棒纵向分布的通孔，该通孔连接该玻璃激光棒的两个端面，并且从R1到R3的区域中吸收光的物质和光散射物质的掺杂浓度是逐渐增大的，而工作物质的浓度则由R1开始沿径向向外逐渐降低，并且满足径向上大于R1的区域的折射率大于径向上≤R1区域的折射率，并且从R2沿着径向到R3的区域中的折射率是逐渐增大的，并且R2要大于1.2倍的R1。其中逐渐增大的浓度Y满足线性函数，也即，满足Y＝KR，其中K＜0.5，K表示比例系数，R为半径。其中所述通孔的半径要小于R3/20。其中优选的是其中通孔的密度沿着径向由内向外逐渐增大(图中未示出)，并且通孔内壁沿轴向延伸并且沿着圆周均匀分布的棱(图中未示出)，所述棱的棱角为30度以下。
下面详细说明进行上述设置的原因以及所带来的技术效果，R1的区域内只掺杂工作物质，激光束在此区域中产生，R1到R2的区域中掺杂有吸收光的物质和光散射物质，用于散射并吸收横向的光，R2到R3区域中的吸收光的物质和光散射物质继续对横向光进行散射和吸收，该区域中的贯通孔用于通风散热。通过工作物质掺杂浓度的降低以及吸收和散射物质的浓度增加，使得从R1开始向外，折射率逐渐增大，可避免全反射的产生，利于横向光的导出，并且由于是工作物质浓度逐渐降低，而散射和吸收物质浓度逐渐增加，保持了物质特性分布的连续性，利于器件的物理特性的稳定并在光学上形成良好的光学特性。由于R1到R3中的光吸收和光散射物质会对工作物质的折射率产生影响，为了避免折射率突变带来的镜面效应，本发明创造性的采用了线性增加的掺杂浓度方式，并且经过计算与验证获得当系数K小于0.5才能获得较好的效果，当系数过大之后可能会产生一定的镜面效果，但是，只是满足这个条件并不能获得好的效果，同时需要R2要大于1.2倍的R1，只有满足这个条件才能获得与0.5倍K相匹配的吸收散射区，其实该区域也可被认为是一个缓冲区，这个缓冲区缓冲了中间第一区域和第三区域之间的突变。其中R2到R3区域中的通孔可设置流通的气流或者冷却剂，其中优选使用与玻璃的折射率具有一定差异性的冷却液体，并且通孔密度由R2到R3的径向上是逐渐增大的，其作用是进一步对光进行散射并且及时的疏散由该区域所产生的热。为了平衡散热与散射之间的作用，需要将通孔的半径设置为小于R3/20，太大虽然可取得更好的散热效果，但是散射作用减弱，太小虽然散射作用增强，但是会降低散热效果，同时，由于通孔内壁上分布有多个30度角以下的棱，这些棱能够起到散射和吸收的作用，本发明正是通过上述相互协调的配置组合实现了最优化的横向激射抑制效果，并且能够及时将热量散发出去，不然由于散射和吸收所产生的热量会将激光介质损坏。
本发明的固体激光介质虽然可取得良好的抑制横向激射以及散热效果，但是由于该固体激光介质需要在工作区域之外设置更多的非工作区域，这种设置方式带来的问题就是会增加成本，所以从成本的角度考虑，本发明只适用于玻璃基质的固体激光介质，而对于另外所常用的例如YAG等其他晶体的基质材料，由于这些材料生长的价格极高，这种大量的非工作物质浪费不适于这种应用，所以本发明仅限于了玻璃基质的固态激光工作物质。
Claims (3)
1.一种具有抑制横向激射功能的玻璃基质激光棒，包括：圆柱形的玻璃激光棒，该玻璃激光棒的截面为圆形，包括三个部分，这三个部分的半径分别为R1，R2和R3，并且满足R1＜R2＜R3，其中R1为产生激光束的区域，R3为该玻璃激光棒的最大外周半径，其中小于等于R1的区域中只是掺杂有工作物质，其中在R1到R2的区域中除掺杂有工作物质外，还掺杂有吸收光的物质和光散射物质，在R2到R3的区域中除掺杂有工作物质、吸收光的物质和光散射物质外，还设置有沿玻璃激光棒纵向分布的通孔，该通孔连接该玻璃激光棒的两个端面，并且从R1到R3的区域中吸收光的物质和光散射物质的掺杂浓度是逐渐增大的，而工作物质的浓度则由R1开始沿径向向外逐渐降低，并且满足径向上大于R1的区域的折射率大于径向上≤R1区域的折射率，并且从R2开始沿着径向到R3的区域中的折射率是逐渐增大的，并且R2要大于1.2倍的R1。
2.根据权利要求1所述的激光棒，其特征在于：逐渐增大的浓度Y满足线性函数，也即，满足Y＝KR，其中K＜0.5，K表示比例系数，R为半径。
3.根据权利要求1或2所述的激光棒，其特征在于：所述通孔的半径要小于R3/20。
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