CN104882773B - 一种提高ld泵浦均匀性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高LD泵浦均匀性的装置及方法，属于激光器泵浦耦合技术领域，包括依次排列的LD阵列、聚焦透镜和激光介质，所述聚焦透镜的下方设置有超声驱动平移台，所述激光介质的荧光寿命不低于100μs量级，所述LD阵列、聚焦透镜和激光介质设置为同光轴结构，所述超声驱动平移台的移动方向与LD阵列的快轴方向一致，并且与LD阵列的光轴垂直，本发明通过超声驱动平移台带动聚焦透镜往返移动，促使泵浦光在激光介质上实现周期性扫描，利用激光介质储能在时间上的累积效应，有效提高泵浦均匀性，灵活性高，应用范围广，成本低，占用空间少。

Description

一种提高LD泵浦均匀性的装置

技术领域

本发明属于激光器泵浦耦合技术领域，具体地说涉及一种提高LD泵浦均匀性的装置及方法。

背景技术

泵浦源是激光器必不可少的能量来源，激光二极管LD作为激光泵浦源，具有波长单一，转换效率高的优点。激光二极管一般是由十数到数十个发光点组成一个巴条，长度约1cm，宽度为微米量级。巴条的长度方向为二极管发光单元的慢轴，其宽度方向为快轴。由于受生产工艺的限制，慢轴发散角全角约10°，快轴发散角全角约40°，为了提高二极管光线的可传输性，生产厂商采用柱面镜对快轴方向准直，准直后的快轴发散角可以压缩到0.5°以内。

在快轴准直过程中，会出现快轴指向不一致的问题，导致泵浦光的空间分布不均匀。为了提高泵浦光的均匀性，一般采用多个LD阵列从不同的方向进行叠加，叠加后的光斑调制度降低，均匀性提高，但是这种方法的使用范围受到很大的限制；另一种方法是采用微透镜阵列对泵浦光进行二次整形，该方法可以有效的提高泵浦均匀性，但是微透镜阵列的造价高昂，并且不同的LD阵列需要单独设计微透镜阵列，提高了成本。

发明内容

现有的提高泵浦光均匀性的方法均是采用单纯的在空间上对泵浦光进行整形、叠加等措施，存在使用空间局限性大、成本高的缺点，并且没有充分利用激光介质的储能特性。针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种提高LD泵浦均匀性的装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高LD泵浦均匀性的装置，包括依次排列的LD阵列、聚焦透镜和激光介质，所述聚焦透镜的下方设置有超声驱动平移台，所述激光介质的荧光寿命不低于100μs量级，所述LD阵列、聚焦透镜和激光介质设置为同光轴结构；

所述超声驱动平移台的移动方向与LD阵列的快轴方向一致，并且与LD阵列的光轴垂直。

进一步，所述LD阵列设置为自带准直透镜结构。

进一步，所述聚焦透镜在LD阵列的光轴两侧对称移动。

进一步，所述聚焦透镜设置为球面透镜。

进一步，所述聚焦透镜设置为柱面透镜，所述柱面透镜的高度方向与LD阵列自带的准直透镜的高度方向一致。

进一步，所述聚焦透镜与激光介质之间的距离小于2倍的聚焦透镜焦距。

另，本发明还提供一种提高LD泵浦均匀性的装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)启动超声驱动平移台，带动聚焦透镜移动；

(2)经LD阵列发出的泵浦光，入射到聚焦透镜被聚焦后，在激光介质表面形成光斑；

(3)在聚焦透镜往返移动的过程中，带动激光介质上的光斑往返扫动；

(4)进行脉冲提取。

进一步，所述LD阵列发出的泵浦光为脉冲式或连续式。

进一步，所述激光介质的吸收光谱与LD阵列的发射光谱相匹配。

进一步，所述激光介质所需要的光斑大小，通过改变超声驱动平移台的移动范围、聚焦透镜与激光介质之间的距离来调节。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过超声驱动平移台带动聚焦透镜往返移动，促使泵浦光在激光介质上实现周期性扫描，有效提高泵浦均匀性。

2、本发明可以根据LD阵列的调制空间周期和激光介质的荧光寿命，调节超声驱动平移台的移动周期，灵活性高，应用范围广。

3、本发明中利用激光介质的荧光寿命较长的特点，当泵浦光在激光介质上周期扫描时，激光介质发挥自身储能累积效应，有效提高其储能均匀性。

4、本发明具有成本低、占用空间少的特点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为本发明光斑扫动的原理图；

图中：LD阵列1、聚焦透镜2、激光介质3、超声驱动平移台4、泵浦光5。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1、图2所示，一种提高LD泵浦均匀性的装置，包括依次排列的LD阵列 1、聚焦透镜2和激光介质3，所述聚焦透镜2的下方设置有超声驱动平移台4，所述超声驱动平移台4的移动方向与LD阵列1的快轴方向一致，并且与LD阵列1的光轴垂直，启动所述超声驱动平移台4，带动所述聚焦透镜2在LD阵列1的光轴两侧对称移动，占用空间少，成本低，作为优选，本发明中所述LD阵列1的快轴方向为垂直纸面方向。

所述LD阵列1发出的泵浦光5为脉冲式或连续式，并且所述LD阵列1设置为自带准直透镜结构，对LD阵列1快轴方向的光束进行准直，所述LD阵列1、聚焦透镜2和激光介质3设置为同光轴结构，所述激光介质3的吸收光谱与LD阵列1的发射光谱相匹配，所述激光介质3的荧光寿命不低于100μs量级，有助于激光介质 3最大限度的储存泵浦光的能量。

所述泵浦光5经过聚焦透镜2的聚焦作用后，有效降低损耗，提高耦合效率，所述聚焦透镜2设置为柱面透镜或球面透镜，所述柱面透镜的高度方向与LD阵列1自带的准直透镜的高度方向一致，所述柱面透镜、准直透镜的高度方向均指柱面的高度方向。

所述一种提高LD泵浦均匀性的装置进行均化的方法，包括如下步骤：

(1)根据LD阵列1发出的泵浦光5，调整超声驱动平移台4的移动范围，以及聚焦透镜2与激光介质3之间的距离；

(2)启动超声驱动平移台4，带动聚焦透镜2，在LD阵列1光轴的两侧对称移动；

(3)所述泵浦光5经过准直后，入射到聚焦透镜2，并且经聚焦透镜2聚焦，在激光介质3表面形成光斑；

(4)在聚焦透镜2往返移动的过程中，带动激光介质3上的光斑往返扫动，利用激光介质3的储能累积效应，完成泵浦光5的均化过程；

(5)进行脉冲提取，得到脉冲式储能激光。

实施例二：

如图1、图2所示，所述激光介质3所需要的光斑大小D1，可以通过改变超声驱动平移台4的移动范围S、聚焦透镜2与激光介质3之间的距离L来调节，灵活性高，应用范围广。

所述聚焦透镜2与激光介质3之间的距离L小于2倍的聚焦透镜2焦距F，即 0<L<2F，在泵浦光5的光斑大小D2、聚焦透镜2焦距F一定的情况下，通过调节所述聚焦透镜2与激光介质3之间的距离L，以达到调节所述激光介质3得到的光斑大小D1的目的。

所述泵浦光5为脉冲式，则所述超声驱动平移台4的运动周期小于泵浦光5的脉冲宽度；所述泵浦光5为连续式，则所述超声驱动平移台4的运动周期小于激光介质3的荧光寿命，在所述激光介质3的荧光寿命内，以及在一个泵浦周期内，促使所述超声驱动平移台4至少完成1个运动周期，有效提高泵浦均匀性，利用所述激光介质3的储能累积效应，有效提高其储能均匀性。

所述超声驱动平移台4的移动范围，可以根据LD阵列1的调制空间周期进行调节，所述调制空间周期是指LD阵列1发出的泵浦光5的相邻强区和弱区的长度之和，所述调制空间周期越长，则超声驱动平移台4的移动范围越大。

实施例三：

如图1、图2所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的部分是：

所述激光介质3设置为Yb：YAG介质，其荧光寿命为1ms，泵浦光5为脉冲式，泵浦光5的脉冲宽度为1ms，其重复频率为1Hz，其波长为940nm，所述超声驱动平移台4的运动周期为50μs，在一个泵浦周期内完成20次的扫动。

采用本实施例所述的匀化装置，进行脉冲提取后，得到的激光为脉冲储能式，输出频率为1Hz。

本实施例中的泵浦光5在未经过均化处理的情况下，其调制度为1.81:1；所述泵浦光5采用本实施例所述的匀化装置进行均化，其调制度变为1.28:1，泵浦光5 的调制度降低29.3％，提高了泵浦光5的泵浦均匀度。

将本实施例中的泵浦光5，采用现有技术进行均化，其调制度变为1.42:1，泵浦光5的调制度降低21.5％，由此可见，本实施例所述的匀化装置的泵浦均匀度显著高于现有技术的泵浦均匀度。

实施例四：

如图1、图2所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的部分是：

所述激光介质3设置为Nd：YAG介质，其荧光寿命为0.24ms，泵浦光5为连续式，泵浦光5的波长为808nm，所述超声驱动平移台4的运动周期为20μs，在一个泵浦周期内完成12次的扫动。

采用本实施例所述的匀化装置，进行脉冲提取后，得到的激光为脉冲储能式，输出频率为5000Hz。

本实施例中的泵浦光5在未经过均化处理的情况下，其调制度为1.65:1；所述泵浦光5采用本实施例所述的匀化装置进行均化，其调制度变为1.17:1，泵浦光5 的调制度降低29.1％，提高了泵浦光5的泵浦均匀度。

将本实施例中的泵浦光5，采用现有技术进行均化，其调制度变为1.33:1，泵浦光5的调制度降低19.4％，由此可见，本实施例所述的匀化装置的泵浦均匀度显著高于现有技术的泵浦均匀度。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (7)

1.一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，包括依次排列的LD阵列、聚焦透镜和激光介质，所述聚焦透镜的下方设置有超声驱动平移台，所述激光介质的荧光寿命不低于100μs量级，所述LD阵列、聚焦透镜和激光介质设置为同光轴结构，所述超声驱动平移台的移动方向与LD阵列的快轴方向一致，并且与LD阵列的光轴垂直；

所述聚焦透镜在LD阵列的光轴两侧对称移动，所述聚焦透镜与激光介质之间的距离小于2倍的聚焦透镜焦距；

利用所述装置提高LD泵浦均匀性的方法为：启动超声驱动平移台，带动聚焦透镜移动，经LD阵列发出的泵浦光，入射到聚焦透镜被聚焦后，在激光介质表面形成光斑，在聚焦透镜往返移动的过程中，带动激光介质上的光斑往返扫动，进行脉冲提取。

2.根据权利要求1所述的一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，所述LD阵列设置为自带准直透镜结构。

3.根据权利要求2所述的一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，所述聚焦透镜设置为球面透镜。

4.根据权利要求2所述的一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，所述聚焦透镜设置为柱面透镜，所述柱面透镜的高度方向与LD阵列自带的准直透镜的高度方向一致。

5.根据权利要求3或4所述的一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，所述LD阵列发出的泵浦光为脉冲式或连续式。

6.根据权利要求5所述的一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，所述激光介质的吸收光谱与LD阵列的发射光谱相匹配。

7.根据权利要求6所述的一种提高LD泵浦均匀性的装置，其特征在于，所述激光介质所需要的光斑大小，通过改变超声驱动平移台的移动范围、聚焦透镜与激光介质之间的距离来调节。