CN105811238A - 基于c切割晶体制备高功率激光头的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于c切割晶体制备高功率激光头的方法，利用c切割晶体作为增益介质，使得晶体c轴方向与通光方向平行，泵浦光学器件将泵浦源出射的泵浦光汇聚到c切割方式的晶体中心，冷却装置对晶体的侧面进行冷却。本发明的特点是：巧妙利用了c切割方式晶体的材料性质，使得晶体对泵浦光的吸收更加均匀，并对内部废热的承受程度更高，从而使得激光头可以承受更高的泵浦功率，以实现高功率激光头。本发明具有简单易行，实用性强的特点。

Description

基于c切割晶体制备高功率激光头的方法

技术领域

本发明涉及激光头，特别是一种可以承受高泵浦功率，实现高功率输出的激光头的制备方法。

背景技术

激光器的出现推动了诸多科研领域和工业领域的发展。人们一直在致力于研发更高输出功率的激光器。激光头是激光器的核心部分，由增益介质、泵浦源、泵浦光学器件、冷却装置组成。棒状晶体和块状晶体是最为常见的增益介质，这些晶体在工作过程中内部会产生一定的废热，当该热量超过晶体可承受的范围时，晶体就会破裂。因此，特定的激光头对泵浦功率有一个最高承受范围。为了利用晶体双折射特性以产生线偏振光，人们通常采用a切割方式的晶体，即晶体的a轴和通光方向平行。但是通常a切割方式的晶体往往在不同方向上对泵浦光的吸收差异很大，热膨胀系数较大，导致其对废热的承受能力较低，容易导致晶体的破裂。如何得到可承受高泵浦功率，实现高功率输出的激光头一直是高功率激光器的关键。

目前，得到高功率激光头的主要方法是

(1)放弃使用棒状晶体或者块状晶体作为增益介质，利用厚度为百微米量级的碟片晶体作为增益介质。由于晶体的厚度非常薄，热量可以快速地从晶体内部传递到冷却装置中，从而得到可承受高泵浦功率的激光头。然而，碟片晶体加工难度大，增益系统低，且成本较高。

(2)采用板条状的晶体作为增益介质，由于板条状的晶体散热面积较大，热传递路径短，能够实现可承受高泵浦功率的激光头。然而，由于板条晶体输出的光斑并非圆形，输出光束质量有着很大的像散，后续光束整形部分加大了系统的复杂性。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有实现高功率激光头方法的局限性，提供一种利用c切割方式的晶体作为增益介质制备高功率激光头的方法，该方法既可以提高激光头对泵浦功率的承受能力，又可以保持激光头的高增益特性和良好光束特性。该方法操作简单、科学有效，而且成本低，实用性强。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于c切割晶体制备高功率激光头的方法，该方法包括下列步骤：

①将c切割方式的晶体固定在冷却装置，使该晶体的c轴方向与通光方向重合；

②利用冷却装置对所述的晶体的侧面进行冷却，使热传导的方向和晶体的a轴方向一致；

③利用泵浦光学器件将泵浦源出射的泵浦光汇聚到所述的c切割方式的晶体的中心区域，汇聚泵浦光的焦点位置和晶体的入射表面重合。

④将所述的c切割方式的晶体、冷却装置、泵浦源和泵浦光学器件固定。

不仅适用于所述的c切割方式的棒状晶体作为增益介质从而实现高功率激光头，同样适用于利用c切割方式的块状晶体作为增益介质从而实现高功率激光头。

与先技术相比，本发明具有以下显著的特点：

1、利用c切割方式的晶体作为增益介质，使得晶体横截面上各向同性，消除了a切割晶体对泵浦光吸收的差异性，使得晶体对泵浦光的吸收更加均匀，提高了晶体对内部废热的承受能力。

2、利用c切割方式的晶体作为增益介质，使得导热路径上的热膨胀系数较小，提高了晶体对内部废热的承受能力。

3、利用c切割方式的棒状晶体作为增益介质，虽然其输出激光并非线偏振光，但通过在后续激光腔设计中插入偏振片即可十分容易地实现线偏振光特性，这样既实现了高功率激光头，又可以保持和a切割晶体一样的线偏振特性。

4、利用c切割方式的棒状晶体作为增益介质，避免了复杂的加工工艺，成本低，十分简单有效。

5、利用c切割方式的棒状晶体作为增益介质，保持了激光头的高增益特性和良好光束特性。从而使得整个激光系统更加简单、紧凑和稳定。

附图说明

图1是本发明实施例c切割棒状晶体高功率激光头示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，图1是本发明实施例c切割棒状晶体高功率激光头示意图，如图所示，一种基于c切割晶体制备高功率激光头的方法，该方法采用的装置包括：c切割方式的晶体1(本实施例中为棒状晶体)、冷却装置2、泵浦源3、泵浦光学器件4，具体步骤如下：

①将c切割方式的棒状晶体固定在冷却装置2，使该棒状晶体的c轴方向与通光方向重合；

②利用冷却装置2对所述的棒状晶体的侧面进行冷却，使热传导的方向和的棒状晶体的a轴方向一致；

③利用泵浦光学器件4将泵浦源3出射的泵浦光汇聚到所述的c切割方式的棒状晶体的中心区域，汇聚泵浦光的焦点位置和所述的晶体的入射表面重合。

④将c切割方式的棒状晶体、冷却装置2、泵浦源3和泵浦光学器件4固定。

经实验表明，c切割方式的晶体对泵浦光的吸收更加均匀，相比于a切割方式的晶体，晶体内部的热梯度下降了30％～70％。实验同样表明，c切割方式的晶体导热路径上的热膨胀系数仅为a切割方式的晶体导热路径上的热膨胀系数的30％到50％，大大降低了晶体的热畸变，提升了晶体对废热的承受能力，从而可承受更高的泵浦功率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于c切割晶体制备高功率激光头的方法，所述的高功率激光头包括c切割方式的晶体(1)、冷却装置(2)、泵浦源(3)和泵浦光学器件(4)，其特征在于该方法包括下列步骤：

①将所述的c切割方式的晶体(1)固定在所述的冷却装置(2)中使所述的c切割方式的晶体(1)的c轴方向与所述的冷却装置(2)的轴重合；

②利用冷却装置对所述的晶体(1)的侧面进行冷却，使热传导的方向和所述的晶体的a轴方向一致；

③依次设置所述的泵浦源(3)、泵浦光学器件(4)和所述的冷却装置(2)，使所述的泵浦源(3)的输出光方向依次是所述的泵浦光学器件(4)和c切割方式的晶体(1)，调整所述的泵浦源(3)、泵浦光学器件(4)和所述的冷却装置(2)，经所述的泵浦光学器件(4)后的泵浦光汇聚到所述的c切割方式的晶体(1)的中心区域，且泵浦光的焦点和所述的c切割方式的晶体(1)的入射表面重合；

④将所述的c切割方式的晶体(1)、冷却装置(2)、泵浦源(3)和泵浦光学器件(4)固定。

2.根据权利要求1所述的基于c切割晶体制备高功率激光头的方法，其特征在于，所述的晶体(1)为棒状晶体或块状晶体。