CN105742945A - 一种微片激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微片激光器，包括输出镜（1）、凹面镜（2）、透明散热片（3）、微片激光介质（4）、泵浦源（5）、铟（6）、热沉（7）和压盖（8）。该微片激光器采用圆台形状的微片激光介质来提高其被泵浦面的尺寸，降低对泵浦光整形的要求，同时可以使泵浦光进入微片激光介质后能在其内部往返多次传输而被吸收，具有高的泵浦光利用率和激光转换效率；采用在腔内引入对振荡光束透明而对泵浦光束高反射的凹面镜，使泵浦光束被反射聚焦到微片激光介质的侧面进行激励，能通过增多泵浦源的数量来提高注入的泵浦功率，获得高功率的激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种微片激光器，属于光电子激光技术领域。
背景技术
在固体激光器中，激光介质的热流方向与光轴相互垂直，激光介质内部形成温度梯度，从而造成热膨胀、热应力及折射率的变化和应力双折射，使激光束波面畸变，光束质量变差，输出能量下降，严重时导致激光介质断裂。高功率大能量固体激光器面临的最大挑战是沉积在激光介质里的废热，解决激光介质散热的最根本方法是增大激光介质与散热介质间的热交换面积，使激光介质内部产生的废热快速导出。
采用微片激光介质是解决上述问题的有效手段，激光介质内部的热流近似为垂直于微片激光介质表面的一维分布，在通光截面内热流均匀分布，当激光方向与热流方向基本一致时，能有效减小了光学畸变。该类激光器的热管理性能得到有效提高，还大大改善了激光器输出的光束质量，且体积小利于微型化。
单个微片激光介质由于尺寸有限导致无法有效注入尽可能高的泵浦源功率，从而使单个微片激光介质所能产生的最大输出功率/能量受到了限制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种微片激光器，采用圆台形状的微片激光介质来提高其被泵浦面的尺寸，降低对泵浦光整形的要求，同时可以使泵浦光进入微片激光介质后并能在其内部往返多次传输而被吸收，从而提高泵浦光的利用率和转换效率；采用在腔内引入对振荡光束透明而对泵浦光束高反射的凹面镜，使泵浦光束被反射聚焦到微片激光介质的侧面进行激励，从而能通过增多泵浦源的数量来提高泵浦功率。
如附图1所示，本发明提供的一种微片激光器，包括输出镜1、凹面镜2、透明散热片3、微片激光介质4、泵浦源5、铟6、热沉7和压盖8；其中泵浦源5发出的泵浦光束被凹面镜2反射穿过透明散热片3汇聚到微片激光介质4的侧面S面对其进行激励，微片激光介质4产生荧光在微片激光介质4的底面B表面与输出镜1构成的激光器谐振腔内来回振荡形成振荡光束，部分振荡光束透过输出镜1而形成输出激光束；
所述的输出镜1优选平面镜或凹面镜，其表面镀有对振荡光束透射率不大于30%的部分透射膜，其与微片激光介质4的底面B面构成所述的一种微片激光器的光学谐振腔，并作为该激光器的输出端，谐振腔内的振荡光束透射出输出镜1的部分为输出激光束；
所述的凹面镜2优选中心有孔的凹面反射镜或镀有对振荡光束减反射和凹面对泵浦光束高反射薄膜的凹面镜，其将来自泵浦源的泵浦光束反射汇聚到微片激光介质4的侧面S面，而平行于凹面镜2光轴的振荡光束能够无损耗穿过；
所述的透明散热片3优选具有高热导率的金刚石或碳化硅材质的平面镜，两个表面镀有对泵浦光和振荡光的减反射膜，其与微片激光介质4的顶面T面紧密接触，对微片激光介质4的顶面T面进行散热，其内部的热量分别通过与空气热交换和通过压盖8导出；
如附图2所示，所述的微片激光介质4优选掺Nd3+、Yb3+、Fe2+或Cr3+Tm3+Ho3+的激光介质，圆台形状，其侧面S面毛化，顶面T面镀制泵浦光波长的高反射膜和振荡光束相应波长的减反射膜，底面B面在镀制泵浦光和振荡光束相应波长的高反射膜后再镀制钛铂金，其底面B面充当所述的一种微片激光器的高反射腔镜，用于产生振荡光束；
所述的泵浦源5为产生汇聚泵浦光束的光源，其发出的光束能够被微片激光介质4所吸收，通过增加泵浦源5的数量来提高注入到微片激光介质4侧面S面的泵浦光功率；
所述的铟6为金属铟，通过蒸镀的方式镀制到热沉7表面，通过对铟6加热的方式将微片激光介质4的底面B面焊接到热沉7上；
所述的热沉7为表面光滑的紫铜材料，用于对微片激光介质4进行散热；
所述的压盖8为紫铜材质的螺纹帽，用于实现透明散热片3和热沉7相连接，将透明散热片3中的部分热量传递给热沉7。
有益效果：本发明提供的一种微片激光器，采用圆台形状的微片激光介质来提高其被泵浦面的尺寸，降低对泵浦光整形的要求，同时可以使泵浦光进入微片激光介质后并能在其内部往返多次传输而被吸收，从而提高泵浦光的利用率和转换效率；采用在腔内引入对振荡光束透明而对泵浦光束高反射的凹面镜，使泵浦光束被反射聚焦到微片激光介质的侧面进行激励，从而能通过增多泵浦源的数量来提高泵浦功率。
附图说明
图1是一种微片激光器的结构图。
图2是微片激光介质4的示意图。
图中：1-输出镜；2-凹面镜；3-透明散热片；4-微片激光介质；5-泵浦源；6-铟；7-热沉；8-压盖。
具体实施方式
实施例1一种微片激光器。
如附图1所示，本发明提供的一种微片激光器，包括输出镜1、凹面镜2、透明散热片3、微片激光介质4、泵浦源5、铟6、热沉7和压盖8；其中泵浦源5发出的泵浦光束被凹面镜2反射穿过透明散热片3汇聚到微片激光介质4的侧面S面对其进行激励，微片激光介质4产生荧光在微片激光介质4的底面B表面与输出镜1构成的激光器谐振腔内来回振荡形成振荡光束，部分振荡光束透过输出镜1而形成输出激光束；
所述的输出镜1为平面镜或凹面镜，其表面镀有对振荡光束透射率20%的部分透射膜，其与微片激光介质4的底面B面构成所述的一种微片激光器的光学谐振腔，并作为该激光器的输出端，谐振腔内的振荡光束透射出输出镜1的部分为输出激光束；
所述的凹面镜2为中心有孔（孔直径D=10mm）的凹面反射镜（反射率R≥99.5%）或镀有对振荡光束减反射（反射率R≤0.5%）和凹面对泵浦光束高反射薄膜（反射率R≥99.5%）的凹面反射镜，其将来自泵浦源的泵浦光束反射汇聚到微片激光介质4的侧面S面，而平行于凹面镜2光轴的振荡光束能够无损耗穿过；
所述的透明散热片3为具有高热导率的金刚石或碳化硅材质的平面镜，两个表面镀有对泵浦光和振荡光的减反射膜（反射率R≤0.5%），其与微片激光介质4的顶面T面紧密接触，对微片激光介质4的顶面T面进行散热，其内部的热量分别通过与空气热交换和通过压盖8导出；
如附图2所示，所述的微片激光介质4为掺Nd3+、Yb3+或Cr3+Tm3+Ho3+的激光介质，圆台形状，其侧面S面毛化，顶面T面镀制泵浦光波长的高反射膜（反射率R≥99.5%）和振荡光束相应波长的减反射膜（反射率R≤0.5%），底面B面在镀制泵浦光和振荡光束相应波长的高反射膜（反射率R≥99.5%）后再镀制钛铂金，其底面B面充当所述的一种微片激光器的高反射腔镜，用于产生振荡光束；
所述的泵浦源5为产生汇聚泵浦光束的半导体激光光源，其发出的光束能够被微片激光介质4所吸收，泵浦源5的数量为4个；
所述的铟6为金属铟，通过蒸镀的方式镀制到热沉7表面，通过对铟6加热的方式将微片激光介质4的底面B面焊接到热沉7上；
所述的热沉7为表面光滑的紫铜材料，用于对微片激光介质4进行散热；
所述的压盖8为紫铜材质的螺纹帽，用于实现透明散热片3和热沉7相连接，将透明散热片3中的部分热量传递给热沉7。
实施例2所述的凹面镜2为中心有孔（孔直径D=10mm）的凹面反射镜（反射率R≥99.5%）；所述的透明散热片3为具有高热导率的金刚石材质的平面镜；所述的微片激光介质4为Fe:ZnSe晶体；所述的泵浦源5为2.94um波长的激光光源，其他同实施例1。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种微片激光器，其特征在于，包括输出镜（1）、凹面镜（2）、透明散热片（3）、微片激光介质（4）、泵浦源（5）、铟（6）、热沉（7）和压盖（8）；
其中泵浦源（5）发出的泵浦光束被凹面镜（2）反射穿过透明散热片（3）汇聚到微片激光介质（4）的侧面S面对其进行激励，微片激光介质（4）产生荧光在微片激光介质（4）的底面B表面输出镜（1）构成的激光器谐振腔内来回振荡形成振荡光束，部分振荡光束透过输出镜（1）而形成输出激光束；
所述的输出镜（1）为平面镜或凹面镜，其表面镀有对振荡光束透射率不大于30%的部分透射膜；
所述的凹面镜（2）为中心有孔的凹面反射镜或镀有对振荡光束减反射和凹面对泵浦光束高反射薄膜的凹面镜；
所述的透明散热片（3）为具有高热导率的金刚石或碳化硅材质的平面镜，两个表面镀有对泵浦光和振荡光的减反射膜，其与微片激光介质（4）的顶面T面紧密接触；
所述的微片激光介质（4）为掺Nd3+、Yb3+、Fe2+或Cr3+Tm3+Ho3+的激光介质，圆台形状，其侧面S面毛化，顶面T面镀制泵浦光波长的高反射膜和振荡光束相应波长的减反射膜，底面B面在镀制泵浦光和振荡光束相应波长的高反射膜后再镀制钛铂金；
所述的泵浦源（5）为产生汇聚泵浦光束的光源；
所述的铟（6）为金属铟，通过蒸镀的方式镀制到热沉（7）表面；
所述的热沉（7）为表面光滑的紫铜材料；
所述的压盖（8）为紫铜材质的螺纹帽。
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2016
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