CN104682173A - 一种薄片激光器模块及激光器系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于激光技术领域，提供了一种薄片激光器模块，包括泵浦光源、激光介质以及分别设置于激光介质两端的第一冷却装置和第二冷却装置；激光介质包括未掺杂介质及设置于未掺杂介质底部的薄片增益介质，未掺杂介质包括锥台形的本体，本体的侧面具有对称的第一、第二平面，第一、第二平面镀有透光膜；第一冷却装置具有第一腔室，第二冷却装置具有第二腔室，第一腔室由薄片增益介质密封，第二腔室由非掺杂介质密封；泵浦光和激光由薄片增益介质射向冷却液时发生全反射。本发明中薄片增益介质与非掺杂介质直接与冷却液接触，薄片增益介质表面无镀膜，提高了激光介质的散热速率，消除了薄片增益介质的热透镜效应，提高了激光器的稳定性和光束质量。

Description

一种薄片激光器模块及激光器系统

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别涉及一种薄片激光器模块及激光器系统。

背景技术

全固态激光器（DPSSL，Diode pumped solid state laser）是指以半导体激光器（LD）作为泵浦源的固体激光器，其增益介质、泵浦源部分均由固体物质构成，因此集中了传统固体激光器和半导体激光器的优势于一身。具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、易操作、运转灵活（可连续运转、脉冲运转）、易智能化、无污染等优点，是目前最具潜力的激光源之一。

薄片激光器是全固态激光器中的一种。如图1，现有薄片激光器中的薄片增益介质1一般采用厚度很小而横向尺寸较大的薄片状材料作为激光增益介质。将薄片增益介质固定在高热导率的紫铜冷却热沉2上，冷却热沉2中有冷却液微通道，冷却液微通道内有高速流动的冷却液。热量首先通过热传导的方式从薄片增益介质传导到冷却热沉中，然后在冷却液微通道内与冷却液进行热交换，然后由高速流动的冷却液将热量带走，这样通过冷却热沉为薄片增益介质的背面提供冷却。由于薄片介质的面积很大、厚度很小，因此薄片增益介质1上的热量可以快速、有效的传递给微通道冷却热沉2，再由冷却液带走。

大多数薄片激光器采用激光二极管3泵浦，二极管泵浦光L可以直接泵浦薄片增益介质，也可由光纤耦合输出，泵浦光束方向与薄片增益介质的法线方向呈一定的角度。如图2，薄片增益介质1的前表面镀对激光和泵浦光的高透射膜层4，泵浦光在薄片增益介质1表面发生折射，进入薄片增益介质，在薄片增益介质后表面（即贴紧冷却热沉的面）镀对泵浦光及激光的高反射膜5，进入薄片增益介质1内的泵浦光部分被薄片增益介质1吸收，另外部分由薄片增益介质1后表面的高反射膜5反射，再次被薄片增益介质1所吸收，仍然未被吸收的泵浦光折射进入空气中。为了保证薄片增益介质对泵浦光的吸收效率，在泵浦光的反射方向上放置泵浦光的反射镜片6，将未被吸收的泵浦光反射回薄片增益介质1，使得未被吸收的泵浦光重新进入薄片增益介质1，从而增加薄片增益介质1的吸收效率。另外，由于薄片增益介质1的后表面镀有对激光La的高反射膜5，因此可作为激光腔的高反射镜，只需在薄片介质的正前方放置激光输出镜7即可构成谐振腔，激光的传输方向近似垂直于薄片增益介质表面。因此，泵浦光与激光的传输方向呈一定角度。

由于采用二极管激光作为泵浦光，二极管激光经过光纤耦合输出之后，近似为高斯分布或者平顶分布，其中高斯分布如图3所示，加载到薄片增益介质的泵浦光能量集中在中心，中心处能量密度最高，边缘能量密度较弱。而采用冷却热沉的冷却过程是先进行热传导，然后再将热量传递给冷却液，这样在高功率运行时，容易导致冷却速度及力度不够。并且薄片增益介质的前表面处在空气之中，只能依靠空气的对流换热进行冷却，冷却效果极其有限。这样，便会导致增益介质中间温度较高，而边缘处温度较低，因此在薄片增益介质上形成由中心到边缘的温度梯度。当薄片激光器高功率运转时，泵浦光功率较高，由于中心处功率密度较大，导致增益介质中心处向外膨胀较大，形成类似倒扣的“碗状”变形，这就是薄片激光器的热透镜效应。

并且，如图2所示，由于薄片增益介质1前表面和背面分别镀高透射膜4和高反射膜5，膜层物质与薄片增益介质的热膨胀不同，因此在温度较高时，薄片增益介质表面的膜层物质产生与薄片增益介质不同的膨胀和变形，从而加剧了薄片增益介质的热透镜效应。

在激光器高功率运行时，上述热透镜效应会影响激光器的输出功率、稳定性及光束质量。当薄片增益介质膨胀变形超过材料的承受能力时，甚至会导致薄片增益介质炸裂。

为了获得高平均功率输出的薄片激光器，需要提高泵浦源功率，并提升冷却装置的冷却能力，这对泵浦源及冷却装置都要求很高，非常难于实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄片激光器模块，旨在解决传统薄片激光器的热透镜问题，进而提高薄片激光器的输出功率、光束质量及稳定性。

本发明是这样实现的，一种薄片激光器模块，包括泵浦光源、激光介质以及分别设置于所述激光介质两端的第一冷却装置和第二冷却装置；

所述激光介质包括未掺杂介质及设置于所述未掺杂介质底部的薄片增益介质，所述未掺杂介质包括锥台形的本体，所述本体的侧面具有相互对称的第一平面和第二平面，所述第一平面和第二平面镀有增强泵浦光和激光的透过率的透光膜；

所述第一冷却装置具有一端敞口的用于容纳冷却液的第一腔室，所述第二冷却装置具有一端敞口的用于容纳冷却液的第二腔室，所述第一腔室的敞口端由所述薄片增益介质的底部密封，所述第二腔室的敞口端由所述非掺杂介质的顶部密封；

所述泵浦光和激光由所述薄片增益介质射向所述第一腔室中的冷却液时发生全反射。

本发明的另一目的在于提供一种薄片激光器系统，包括至少一个上述的薄片激光器模块，相邻薄片激光器模块的薄片增益介质反向放置且中心轴平行，每个薄片激光器模块的第二镜片与激光输出方向的下一薄片激光器模块的第一镜片平行且共轴。

本发明提供的薄片激光器模块通过薄片增益介质和非掺杂介质直接密封冷却装置的腔室，使薄片增益介质与非掺杂介质直接与冷却液接触，薄片增益介质产生的热量直接由冷却液带走，不仅减少了冷却热沉的导热过程，还增加了薄片增益介质前表面的散热途经，显著提高了激光介质的散热速率；

另外，自非掺杂介质导出的热量主要来自薄片增益介质的中心，使得薄片增益介质中心部分较边缘部分散热更多更快，更有利于消除薄片增益介质的热透镜效应，改善激光输出的稳定性和光束质量；

并且，由于薄片增益介质的前后表面都无镀膜，消除了因膜层与薄片增益介质的吸收热量不同、温度不同、变形不同等引起的热透镜效应；

进一步地，该薄片激光器模块的泵浦光源部分、激光介质部分及冷却装置部分均可模块化，利于生产、安装、调试及激光器系统的维护工作，也方便进行功率升级。

附图说明

图1是现有技术中薄片激光器的结构示意图；

图2是现有技术中薄片增益介质的侧视结构示意图；

图3是二极管泵浦光的高斯分布图；

图4是本发明第一实施例提供的薄片激光器模块的外观结构示意图；

图5是本发明第一实施例提供的激光介质的结构示意图；

图6是本发明第一实施例提供的薄片激光器模块的剖视图；

图7是图6中A区域的放大图；

图8是本发明第一实施例提供的薄片激光器模块的分解图；

图9是本发明第一实施例提供的薄片激光器模块的光路图；

图10是图9中B区域的放大图；

图11是本发明第一实施例提供的激光介质的加工过程示意图；

图12是本发明第二实施例提供的薄片激光器系统的结构示意图（一）；

图13是本发明第二实施例提供的薄片激光器系统的光路图；

图14是本发明第二实施例提供的薄片激光器系统的结构示意图（二）。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

请参阅图4、5，本发明实施例提供的薄片激光器模块包括：泵浦光源1、激光介质2、分别设置于激光介质2两端的第一冷却装置3和第二冷却装置4。其中，激光介质2包括未掺杂介质21及设置于未掺杂介质21底部的薄片增益介质22。未掺杂介质21包括一锥台形的本体211，于该本体211的侧面加工成两个对称的平面（第一平面212和第二平面213），这两个平面上镀有对泵浦光及激光都高透射的透光膜。薄片增益介质22优选采用化学无胶粘合技术粘合于本体211的底部。另外，本体211的底部和顶部可以设计成圆形台阶结构，即顶部台阶214和底部台阶215，以便于安装。进一步参考图5、6、7，第一冷却装置3和第二冷却装置4均具有一一端敞口的腔室及与腔室连通的冷却液入口和冷却液出口，该敞口处具有同激光介质2的两端形状相配合的固定结构。第一冷却装置3具有第一腔室31，于第一敞口处设有第一固定结构32，第二冷却装置4具有第二腔室41，于第二敞口处设有第二固定结构42，可选的，第一固定结构32和第二固定结构42可以是一台阶状的卡槽，非掺杂介质本体211的顶部台阶214和底部台阶215分别置入相应的卡槽中，同时采用填锡焊接的方式将顶部台阶214和底部台阶215与卡槽之间的缝隙密封。这样，第一腔室31由薄片增益介质22的后表面直接密封，第二腔室41由非掺杂介质21的顶部台阶214直接密封，薄片增益介质22和顶部台阶214直接与腔室中的冷却液接触，薄片增益介质22产生的热量直接由冷却液带走，散热效果极佳。

进一步参考图5、8，该薄片激光器模块于激光介质2的侧面泵浦，在非掺杂介质本体211的第一平面212的法线方向设有一可传导泵浦光的第一镜片5，在非掺杂介质本体211的第二平面213的法线方向设有一可反射泵浦光的第二镜片6，第一镜片5与第一平面212平行，第二镜片6与第二平面213平行。

进一步的，由于薄片增益介质22的后表面没有镀对泵浦光和激光的反射膜，因此，为避免泵浦光自薄片增益介质22折射进入腔室，需要利用全反射原理。本实施例将泵浦光和激光的波长及薄片增益介质22和冷却液的折射率及泵浦光的入射角度相结合，通过计算得出薄片增益介质22的后表面（或非掺杂介质21的底部台阶215表面）和第一平面212的夹角满足泵浦光和激光在从薄片增益介质22向冷却液传输时可以发生全反射。

下面详细分析发生全反射的条件，设薄片激光介质22对泵浦光的折射率为n₁，冷却液对泵浦光的折射率为n₂，如果发生全反射，入射角α应满足：

因此得到：

针对光线垂直于第一平面212入射，且薄片增益介质22和非掺杂介质21的折射率近似相等的情况，光线入射冷却液的入射角α与第一平面212同非掺杂介质21底部台阶215表面的夹角β相等。故夹角β必须大于且根据几何关系，非掺杂介质21的锥体部分的表面与未掺杂介质底部台阶215表面的夹角γ必须大于β。同理，激光的全反射条件同样采用上述算法。

举例来说：如果非掺杂介质21为YAG晶体，薄片增益介质22为Nd：YAG，冷却液为水，泵浦光波长为808nm，则非掺杂介质21和薄片增益介质22对泵浦光的折射率近似相等，n₁=1.82，水的折射率为n₂=1.33，如果发生全反射，则泵浦光入射角α≥47°，因此第一平面212和第二平面213与非掺杂介质21底部台阶215表面的夹角β应大于47°。非掺杂介质21的锥体部分216的表面与非掺杂介质21底部台阶215表面的夹角γ大于β。本发明实施例中β为60°，γ为70°，可满足泵浦光和激光发生全反射的条件。此参数仅作为一个可选的实施例，其他满足上述全反射条件的角度也在本发明保护范围之内。

请进一步参阅图9、10，当满足全反射条件时，泵浦光L1在薄片增益介质22后表面发生全反射，未被薄片增益介质22吸收的泵浦光能量被全反射之后，从第二平面213射出，垂直入射到第二镜片6，被第二镜片6再次反射回薄片增益介质22，再次被薄片增益介质22吸收，这样，泵浦光L1多次反射，多次经过薄片增益介质22，可以增加薄片增益介质22对泵浦光的吸收，提高泵浦光能量利用率。

同样的，激光L2与泵浦光L1同方向传输，激光L2在腔内振荡时，由第一镜片5垂直于非掺杂介质21的第一平面212入射薄片增益介质22，且也在薄片增益介质22与冷却液的分界面上发生全反射，然后垂直于非掺杂介质21的第二平面213入射到第二镜片6，对于只有一个激光器模块的激光器系统，于第二镜片6处部分反射形成振荡，部分射出利用，对于有多个激光器模块的激光器系统，激光L2于第二镜片6处全部射出，进入下一激光器模块。

在本发明实施例中，非掺杂介质21和薄片增益介质22对泵浦光的折射率非常接近，二者之差小于0.06，其差异几乎可以忽略，因此在非掺杂介质21底部台阶215和薄片增益介质22的分界面上，泵浦光并不发生折射现象，仍然沿着垂直于第一平面212的方向进入薄片增益介质22，进而可以使全反射光路的设计及非掺杂介质21的第一平面212与底部台阶215的夹角设计相对简单。正是因为这样，所以无需在非掺杂介质21底部台阶215和薄片增益介质22的分界面上镀对泵浦光和激光都高透射的膜层，而只需要在对称分布的第一平面212和第二平面213上镀对泵浦光和激光高透射的膜层，即可达到泵浦光和激光都高透射的效果，从而将对泵浦光和激光都高透射的膜层由薄片增益介质22的上表面转移到了对称分布的第一平面212和第二平面213之上，所以减少薄片增益介质22的热量。

并且，薄片激光器由高功率密度的泵浦光进行泵浦时，增益很高，增益介质内的自发辐射光子会得到放大，这将在产生信号光之前消耗部分增益介质内由泵浦光能量泵浦到上能级的反转粒子，影响信号光的放大倍数，还有可能产生背景噪声，而在薄片增益介质22前表面放置非掺杂介质21，且非掺杂介质21和薄片增益介质22折射率非常相近，自发辐射的光子容易进入非掺杂介质21，难以在薄片增益介质22内不断放大，从而抑制放大的自发辐射，能够有效降低激光器的起振阈值，并能够提高激光器的输出功率。

在本发明实施例中，激光介质2具体可以这样制作：如图11-1，首先将圆柱状的非掺杂介质整体的一端加工成底部台阶215；如图11-2～11-4，继续加工非掺杂介质形成锥体部分216，且锥体部分216的表面与非掺杂介质底部台阶215之间的夹角为预设角度，然后将锥体部分216的顶端去掉，形成顶部台阶214，在锥体表面加工出对称分布的第一平面212和第二平面213，第一平面212和第二平面213与底部台阶215表面之间的夹角为预设角度；如图11-5，然后将非掺杂介质21底部台阶215表面抛光，并采用化学无胶直接粘合技术，将厚度很小（约100μm～1500μm）的薄片增益介质22（即掺杂了激活离子的介质）与非掺杂介质21的底部台阶215粘合，形成一体。最后，将第一平面212和第二平面213的表面抛光，并镀对激光和泵浦光都高透射的膜层，并将非掺杂介质21的顶部台阶214表面抛光。

进一步参考图7、8，该薄片激光器模块具体可以采用如下装配方式。

第一冷却装置3和第二冷却装置4由相同结构的固定装置7支撑固定，该固定装置7包括一固定块71及与该固定块71配合的夹持盖72，将第一冷却装置3或第二冷却装置4置于固定块71上并通过夹持盖72与固定块71的配合将冷却装置夹持固定。另外，第一冷却装置3和第二冷却装置4的结构相同，第一冷却装置3由一筒形构件33和密封于筒形构件33一端的密封盖34组成，密封盖34上设有冷却液入口341及冷却液出口342，将该密封盖34安装于筒形构件33一端后形成第一腔室31，第一腔室31的敞口端即由薄片增益介质22密封，进而形成全封闭的冷却腔室。在第一冷却装置3中，高速流动的冷却液从冷却液入口341进入第一腔室31，并在第一腔室31内流动，与薄片增益介质22进行热交换，将热量带走，然后从冷却液出口342流出。或非掺杂介质21的顶部台阶214。同样的，第二冷却装置4由一筒形构件43和密封盖44组成，密封盖44上设有冷却液入口及出口，密封盖44安装于筒形构件43一端后形成第二腔室41，第二腔室41内的冷却液与非掺杂介质顶部台阶215进行热交换，带走热量，并从冷却液出口流出。

进一步优选的，上述两个固定装置7可设置于同一直线导轨8上，可沿直线导轨8相对运动，装配时，向两固定块71施加相向的压力，将激光介质2固定在第一冷却装置3和第二冷却装置4中间，而且可以使用锁紧装置9将两冷却装置锁紧固定。传统的通过固定零件于激光介质上的若干点处固定，或者采用一夹固件固定等方式，很容易造成激光介质受力不均，引起薄片增益介质内部的应力及变形，本实施例将两固定装置7设置于同一直线导轨8上，并对其施加相对的压力，两个力的方向相反，大小相同，且在同一直线上，可以使激光介质2受力均匀，有利于提高薄片激光器的稳定性。

进一步参考图8，本发明实施例的薄片激光器采用光纤耦合输出的二极管激光器进行泵浦。泵浦光由泵浦光源1输出，在泵浦光的传输路径上，依次设置有传导光纤10、光纤耦合输出头11、泵浦光聚焦镜12及第一镜片5。在激光的输出路径上设有第二镜片6。其中，泵浦光聚焦镜12采用第一压固环13固定在第一安装架14内。第一镜片5安装在第一支撑固定架15内，光纤耦合输出头11通过第一安装架14外表面的螺纹安装在第一支撑固定架15上。第二镜片6通过第二压固环17安装在第二支撑固定架18上。以上各器件及上述的导轨8、固定块71及激光介质2等均设置于一平板底座19上。

以下进一步详细说明该薄片激光器模块的光传输方式。

如图8～10，泵浦光由泵浦光源1输出，经过传导光纤10进行传输，并从光纤耦合输出头11输出。然后经过泵浦光聚焦镜12聚焦，通过第一镜片5垂直于非掺杂介质21的第一平面212入射，由于第一平面212经过抛光，且已经镀对泵浦光和激光都高透射的透光膜层，因此泵浦光几乎全部进入未掺杂介质，然后经过非掺杂介质底部台阶215进入薄片增益介质22，并在薄片增益介质22内传输，且在传输过程中，部分泵浦光能量会被薄片增益介质22吸收以产生激光，激光自薄片增益介质22及非掺杂介质21射出并通过第二镜片6输出。未被吸收的部分泵浦光与激光同光路射出薄片增益介质22，再被第二镜片6反射回薄片增益介质22中。

对于只有一个激光器模块的激光器系统，第一镜片5为一二向色镜，对泵浦光高透、对激光高反，与泵浦光聚焦镜12平行；第二镜片6为对泵浦光高反、对激光部分反射部分透射的镜片。此时第一镜片5、薄片增益介质和冷却液的交界面及第二镜片6构成激光谐振腔，第一镜片5和薄片增益介质与冷却液的交界面作为腔内反射镜，第二镜片6作为激光输出镜。当然，第一镜片5也可以是对泵浦光和激光都高反的镜片，此时第一镜片5通常与泵浦光聚焦镜12成一夹角（优选为45°），此时泵浦光从泵浦光聚焦镜12出射后由第一镜片5反射至激光介质2。

本发明实施例提供的薄片激光器模块与传统的薄片激光器模块相比，具有如下优点：

1、通过薄片增益介质22和非掺杂介质21直接密封冷却装置的腔室，使薄片增益介质22与非掺杂介质21直接与冷却液接触，薄片增益介质22产生的热量部分自其后表面直接由第一腔室31内的冷却液带走，部分通过非掺杂介质21传导至第二腔室41，由冷却液带走，不仅减少了冷却热沉的导热过程，还增加了薄片增益介质22前表面的散热途经，显著提高了激光介质2的散热速率；

另外，由于非掺杂介质21的顶部台阶214面积小于薄片增益介质22的面积，因此，自非掺杂介质21导出的热量主要来自薄片增益介质22的中心，使得薄片增益介质22中心部分较边缘部分散热更多更快，更有利于消除薄片增益介质22的热透镜效应，进而改善激光输出的稳定性和光束质量；

2、由于薄片增益介质22的后表面不设有对激光和泵浦光高反的反射膜层，并且在非掺杂介质21的第一平面212和第二平面213已经镀了对泵浦光和激光高透射的透光膜，因此也不需在薄片增益介质22的前表面再镀膜，因此薄片增益介质22的前后表面都无镀膜，消除了因膜层与薄片增益介质的吸收热量不同、温度不同、变形不同等引起的热透镜效应；

3、泵浦光与激光方向相同，同轴传输，有利于提高泵浦光与激光在薄片增益介质内的空间重叠率，有效利用泵浦区域内受到泵浦而产生跃迁的粒子，从而提高激光器的效率，并能够改善激光器光束质量。

4、上述薄片激光器模块中，泵浦光源部分、激光介质部分及冷却装置部分均可模块化，这样利于生产、安装、调试及激光器系统的维护工作，也方便进行功率升级。

实施例二：

图12～14示出了本发明第二实施例提供的薄片激光器模块的结构示意图。

实施例一提供了一个薄片激光器模块的结构示意图，对于一个激光器系统，可以只包括一个上述的薄片激光器模块，还可以包括多个薄片激光器模块，实现功率升级。本实施例进一步提供一种由多个薄片激光器模块串联形成的薄片激光器系统。

参考图12、13，以包括两个薄片激光器模块的薄片激光器系统为例。该薄片激光器系统包括第一薄片激光器模块01和第二薄片激光器模块02，两个薄片激光器模块并列置于平板底座上，两薄片激光器模块的基本组成结构相同。其中，第一薄片激光器模块01的激光介质012与第二薄片激光器模块02的激光介质022呈相反方向放置，且二者的中心轴平行，第一薄片激光器模块01的第二镜片016与第二薄片激光器模块02的第一镜片025平行且共轴设置。第一薄片激光器模块01的第一镜片015选择对泵浦光高透、对激光高反的镜片，第二镜片016选择对泵浦光高反、对激光高透的镜片。第二薄片激光器模块02的第一镜片025选择对泵浦光高反、对激光高透的镜片，第二镜片026选择对泵浦光高反、对激光部分透射部分反射的镜片。

参考图13，该薄片激光器系统的光传输路径如下：第一薄片激光器模块01的泵浦光源011发出泵浦光，泵浦光由泵浦光聚焦镜0112聚焦后，通过第一镜片015射向薄片增益介质0122，并在薄片增益介质0122中形成较小的泵浦光聚焦光斑。薄片增益介质0122产生的激光自其第二镜片016透射出。然后透过第二薄片激光器模块02的第一镜片025，并在第二薄片激光器模块02的薄片增益介质0222的后表面发生全反射，最后在第二薄片激光器模块02的第二镜片026处部分输出利用，形成激光，另外部分被反射回谐振腔内，继续振荡。

拓展至包括两个以上薄片激光器模块的激光器系统，如图14，其由第一薄片激光器模块01、第二薄片激光器模块02、第三薄片激光器模块03至第N薄片激光器模块串联而成。激光谐振腔由首个薄片激光器模块01的第一镜片、每个薄片增益介质和冷却液的交界面及尾部薄片激光器模块的第二镜片构成。相邻薄片激光器模块的薄片增益介质反向放置且中心轴平行，每个薄片激光器模块的第二镜片与下一薄片激光器模块的第一镜片平行且共轴设置。每个薄片激光器模块产生的激光均由其第二镜片射出，透过后方薄片激光器模块的第一镜片，并在后方薄片激光器模块的薄片增益介质与冷却液的分界面处发生全反射，最终在尾部薄片激光器模块的第二镜片处部分输出部分反射。因此，首个薄片激光器模块的第二镜片、尾部薄片激光器模块的第一镜片以及中间全部薄片激光器模块的第一镜片和第二镜片都是对泵浦光高反、对激光高透的镜片，以保证激光在整个谐振腔内传输，而首个薄片激光器模块的第一镜片则选择对泵浦光高透、对激光高反的镜片，尾部薄片激光器模块的第二镜片选择对泵浦光高反、对激光部分透射部分反射的镜片。

本发明实施例将多个薄片激光器模块进行串联，在能够保证激光输出光束质量不变的情况下，增加平均输出功率，从而获得高功率的输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄片激光器模块，其特征在于，包括泵浦光源、激光介质以及分别设置于所述激光介质两端的第一冷却装置和第二冷却装置；

所述激光介质包括未掺杂介质及设置于所述未掺杂介质底部的薄片增益介质，所述未掺杂介质包括锥台形的本体，所述本体的侧面具有相互对称的第一平面和第二平面，所述第一平面和第二平面镀有增强泵浦光和激光的透过率的透光膜；

所述第一冷却装置具有一端敞口的用于容纳冷却液的第一腔室，所述第二冷却装置具有一端敞口的用于容纳冷却液的第二腔室，所述第一腔室的敞口端由所述薄片增益介质的底部密封，所述第二腔室的敞口端由所述非掺杂介质的顶部密封；

所述泵浦光和激光由所述薄片增益介质射向所述第一腔室中的冷却液时发生全反射。

2.如权利要求1所述的薄片激光器模块，其特征在于，在所述第一平面的法线方向设有一可传导泵浦光的第一镜片，在所述第二平面的法线方向设有一可反射泵浦光的第二镜片，所述第一镜片与第一平面平行，所述第二镜片与第二平面平行。

3.如权利要求1所述的薄片激光器模块，其特征在于，所述本体的底部具有一底部台阶，顶部具有一顶部台阶，所述顶部台阶的面积小于底部台阶的面积，所述薄片增益介质粘合于所述底部台阶的背面，所述顶部台阶将所述第二腔室密封。

4.如权利要求3所述的薄片激光器模块，其特征在于，所述第一冷却装置和第二冷却装置的敞口端设有卡槽，所述底部台阶卡入所述第一冷却装置的卡槽中，所述顶部台阶卡入所述第二冷却装置的卡槽中，且所述顶部台阶和底部台阶与卡槽之间的缝隙通过焊锡密封。

5.如权利要求1所述的薄片激光器模块，其特征在于，所述薄片增益介质通过化学无胶粘合技术粘合于所述本体的底部。

6.如权利要求1至5任一项所述的薄片激光器模块，其特征在于，所述薄片增益介质和非掺杂介质的折射率之差小于0.06。

7.如权利要求1至5任一项所述的薄片激光器模块，其特征在于，所述第一冷却装置和第二冷却装置由相同结构的固定装置支撑固定，两个所述固定装置设置于同一直线导轨上，可沿所述直线导轨相对运动。

8.一种薄片激光器系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1至7任一项所述的薄片激光器模块，相邻薄片激光器模块的薄片增益介质反向放置且中心轴平行，每个薄片激光器模块的第二镜片与激光输出方向的下一薄片激光器模块的第一镜片平行且共轴。

9.如权利要求8所述的薄片激光器系统，其特征在于，所述薄片激光器系统仅包括一个薄片激光器模块，所述薄片激光器模块的第一镜片为透射泵浦光、反射激光的二向色镜，所述第二镜片为反射泵浦光、对激光部分透射且部分反射的镜片。

10.如权利要求8所述的薄片激光器系统，其特征在于，所述薄片激光器系统包括至少两个薄片激光器模块，首个薄片激光器模块的第二镜片、尾部薄片激光器模块的第一镜片以及所有中间薄片激光器模块的第一镜片和第二镜片均为反射泵浦光、透射激光的镜片；首个薄片激光器模块的第一镜片为透射泵浦光、反射激光的镜片，尾部薄片激光器模块的第二镜片为反射泵浦光、对激光部分透射且部分反射的镜片。