CN107270242A - 提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构 - Google Patents

提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构 Download PDF

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朱健强
李养帅
刘志刚
周申蕾
王利
冯滔
张艳丽
王冰艳
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    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings

Abstract

提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，该结构包括：氙灯、反射器、导光片、导光条、多块增益介质、上反光板和下反光板。其特征在于，在氙灯与增益介质之间、放大器腔体内沿氙灯横截面方向添加导光片，在增益介质之间添加导光条，以实现对光线的定向引导与控制，进而提高氙灯至增益介质表面传输效率以及改善光强在增益介质表面的分布。本发明具有结构紧凑、简单易行等特点，提升了氙灯光至增益介质表面的传递效率，降低了放大器的能耗，同时也改善了光线在增益介质表面光强分布的均匀性。

Description

提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构
技术领域
本发明涉及放大器技术领域，特别是一种用于高功率激光装置中用于提升氙灯光至增益介质表面传递效率与分布均匀性的片状放大器结构。
背景技术
放大器作为高功率激光装置中能量放大的关键环节，其放大能力的高低直接影响了装置的性能，而其放大能力的高低由多方面因素决定，其中重要的一点就是氙灯光传输至增益介质表面的效率以及光强分布的均匀性。
反射器作为氙灯光与增益介质之间的耦合器，其作用就是将氙灯光极大的传递到增益介质表面，目前，国内外为了提高氙灯光至增益介质的传递效率以及光强分布的均匀性，基于对发光模型的不同认识以及泵浦方式的不同，设计了多种形状的反射器。例如，抛物线形反射器，其是根据成像与泵浦方式进行的设计，该型反射器可以很好的提高氙灯光传输效率，但是由于氙灯的直径无法忽略，因而部分光线被吸收，另外，改型反射器对氙灯的位置精度要求较高。基于氙灯朗伯体点光源发光模型与边缘光线原理，设计了渐开线形反射器，此外，还设计了瓦楞状反射器、平板形反射器与圆弧状反射器等多种形状的反射器，由于安装尺寸等原因限制，对于氙灯光或多或少存在自吸收和互吸收。
基于以上研究成果，发现氙灯光至增益介质表面的传递效率仍然较低，这主要是因为：对氙灯发光模型认识不够充分，现有的优化设计结构是为了充分利用氙灯二维平面内的光，而忽略了空间其他维度的光，提升幅度有限，这样不但造成氙灯辐射能量的极大浪费，而且难以实现氙灯光强在增益介质表面均匀分布。
发明内容
本发明的目的是为解决上述现有技术的问题，提供一种提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，可以提升光线自氙灯至增益介质表面的传递效率，降低放大器能耗，改善光强在增益介质表面分布的均匀性。
本发明的解决方案如下：
一种提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，包括：氙灯、反射器、
导光片、导光条、多块增益介质、上反光板和下反光板，其特征在于，在氙灯
与增益介质之间、放大器腔体内沿着氙灯横截面方向添加导光片，在增益介质
之间添加导光条。
所述的增益介质为四块，导光片5片，导光条为3条。
所述的增益介质为两块，导光片为3片，导光条为1条。
所述的导光片的厚度为d1，0<d1≤5mm。
所述的导光片为平面薄片或者曲面薄片。
所述的导光条的横截面为三角形或弧三角形。
所述导光片沿着氙灯轴线方向等间距排布。
所述的导光条沿着各增益介质之间的缝隙排布。
本发明的优点是：
通过导光片与导光条的添加，不但提高了光线自氙灯至增益介质表面的传输效率，而且提高增益介质表面光强分布的均匀性，设计结构紧凑，最终提升放大器的增益和改善了光束质量。
附图说明
图1为原片状放大器结构示意图，其中，a为增益介质四块；b为增益介质两块；
图2为本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构的实施例1结构示意图；
图3为本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构的实施例2结构示意图；
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明，但本发明范围并不限于下述的实施例。
实施例1
原片状放大器的氙灯泵浦结构示意图如图1，由氙灯4、仿渐开线反射器5、增益介质2、上下反光板1和3组成，氙灯4是基于外表面的无数个点光源组成的泵浦源，利用氙灯4背部仿渐开线反射器5将背向增益介质2表面的二维平面内的光线无吸收的(或者少量吸收)一次或者多次反射出去，利用上下反光板1与3将氙灯4发射至增益介质2表面外的部分光一次或多次反射至增益介质2表面，其中增益介质2呈布儒斯特角放置。
先请参阅图2，图2为本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构的实施例1结构示意图，由图可见，本发明提升氙灯光传输效率与分布均匀性的放大器结构，包括氙灯4、反射器5、导光片6、导光条7、四块增益介质2、上反光板1和下反光板3，在氙灯4与增益介质2之间、放大器腔体内沿着氙灯4横截面方向添加导光片6，在各增益介质2之间添加导光条7，该导光片6沿着氙灯4轴线方向等间距排布，所述导光片6的数目为5，所述的导光片6的厚度d1为1mm，所述的导光条7沿着增益介质2长度方向排布，所述的导光条7的数目为3。
利用TracePro.Expert软件对不同波段的光线进行了光线追迹，以增益介质2表面的光强/总光强代表传递效率，以增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处光强的均匀性代表光强的均匀性(氙灯4轴线方向)，结果显示，采用本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，即通过氙灯4与增益介质2之间沿着氙灯4轴线方向等间距添加5个厚度为1mm的平面薄片式导光片6，在增益介质2之间沿着增益介质2长度缝隙方向添加3个弧三角形导光条7，增益介质2表面的光强/总光强相对原放大器氙灯4泵浦结构图1(a)提高4.48％；增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处的光强均值和均匀度分别提高4.34％和1.43％，即提高了氙灯光传递效率与光强分布的均匀性。
实施例2
原片状放大器的氙灯1泵浦结构如图1(b)，请参阅实施例1。
先请参阅图3，图3为本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构的实施例2结构示意图，由图可见，本发明提升氙灯光传输效率与分布均匀性的放大器结构，包括氙灯4、反射器5、导光片6、导光条7、两块增益介质2、上反光板1和下反光板3，在氙灯4与增益介质2之间、放大器腔体内沿着氙灯4横截面方向添加导光片6，在增益介质2之间添加导光条7，该导光片6沿着氙灯4轴线方向等间距排布，所述导光片6的数目为3，所述的导光片6的厚度d1为1mm，所述的导光条沿着增益介质2长度缝隙方向排布，所述的导光条的数目为1。
利用TracePro.Expert软件对不同波段的光线进行了光线追迹，以增益介质2表面的光强/总光强代表传递效率，以增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处光强的均匀性代表光强的均匀性(氙灯4轴线方向)，结果显示，采用本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，即通过氙灯4与增益介质2之间沿着氙灯4轴线方向等间距添加3个厚度为1mm的平面薄片式导光片6，在增益介质之间沿着钕玻璃长度方向添加1个弧三角形导光条7，增益介质2表面的光强/总光强相对原放大器氙灯4泵浦结构图1(a)提高11.47％；增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处的光强均值和均匀度分别提高8.05％和3.53％，即提高了氙灯光传递效率与光强分布的均匀性。

Claims (8)

1.一种提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，包括氙灯(4)、反射器(5)、多块增益介质(2)、上反光板(1)和下反光板(3)，其特征在于，在所述的氙灯(4)与增益介质(2)之间、放大器腔体内沿着氙灯(2)横截面方向设有导光片(6)，在各块增益介质(2)之间设有导光条(7)。
2.根据权利要求1所述的提升氙灯光传输效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于，所述增益介质(2)为四块，导光片(6)五片，导光条(7)为三条。
3.根据权利要求1所述的提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于，所述增益介质(2)为两块，导光片(6)为三片，导光条(7)为一条。
4.根据权利要求1所述的提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于所述的导光片(6)厚度为d1，0<d1≤5mm。
5.根据权利要求1所述的提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于，所述的导光片(6)为平面薄片或者曲面薄片。
6.根据权利要求1所述的提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于，所述的导光条(7)的横截面为三角形或弧三角形。
7.根据权利要求1所述的提升氙灯光传递效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于，所述导光片(6)沿着氙灯(4)轴线方向等间距排布。
8.根据权利要求1所述的提升氙灯光线传递效率与分布均匀性的放大器结构，其特征在于，所述的导光条(7)沿着各增益介质(2)之间的缝隙排布。
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