CN108110598A - 一种板条激光增益模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板条激光增益模块，属于激光技术领域，包括至少两个平行放置的板条增益介质，所述各板条增益介质采用不同的掺杂浓度，相邻板条增益介质之间具有供冷却介质流动的流道，泵浦光从板条增益介质的大面导入，激光在板条增益介质内部以“之”形光路传输，本发明将至少两个板条增益介质平行放置形成堆叠，在较小的体积内获得大的散热面积，同时激光不通过冷却介质，避免了高热光系数的液体造成的高阶畸变，使用本发明的板条激光增益模块搭建谐振腔或放大器可在较小体积内实现高功率高光束质量激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体地说涉及一种板条激光增益模块。
背景技术
固体激光器在工业加工、科学研究等领域有广泛的应用，板条增益介质由于冷却面大等结构上的优势，可以作为高功率、高光束质量的固体激光器采用的理想的增益介质之一。
常见的高功率板条增益模块主要采用大面泵浦大面直接液冷却结构、端面泵浦大面传导冷却结构，单个板条激光增益模块基本包含一个板条，为获得更高功率激光输出，往往采用多只板条串接，从而造成整个激光器体积偏大。通用原子公司提出将上百片激光增益介质浸泡在冷却液中，从而可在较小的体积内获得高功率激光输出，但由于激光穿过冷却液，增益模块的高阶畸变控制较困难。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种板条激光增益模块，该板条激光增益模块体积较小、高阶畸变控制相对简单。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种板条激光增益模块，包括至少两个平行放置的板条增益介质，所述各板条增益介质采用不同的掺杂浓度，相邻板条增益介质之间具有供冷却介质流动的流道，泵浦光从板条增益介质的大面导入，激光在板条增益介质内部以“之”形光路传输。
进一步，所述相邻板条增益介质之间设置有间隔体，所述间隔体吸收荧光来抑制放大自发辐射。
进一步，所述间隔体采用对激光吸收和对泵浦光无吸收的掺杂晶体，其大面镀有泵浦光与激光的增透膜。
进一步，所述板条增益介质采用不同掺杂浓度使每只板条的吸收的泵浦光功率基本相同，所述板条增益介质的掺杂浓度通过以下内容得出：
以单面双通泵浦结构为例，设板条增益模块中有n个板条增益介质，厚度均为t0，从泵浦光入口开始，板条增益介质的吸收系数依次为α1、α2、…、αn，板条增益模块的吸收效率η＝1-ε，其中ε为未被吸收的泵浦光功率比例，可利用如下n个方程求解每个板条增益介质的吸收系数：
然后根据吸收系数与掺杂浓度的关系，获得每个板条增益介质的掺杂浓度，对于双面单通泵浦的板条增益模块可以采用类似的方程组求得板条的掺杂浓度。
进一步，所述流道的端部采用密封结构进行密封。
进一步，所述板条增益介质为梯形结构或平行四边形结构。
进一步，所述板条增益介质的大面镀有疏逝膜和泵浦光增透膜，所述板条增益介质的端面镀有激光增透膜。
进一步，所述冷却介质为去离子水、重水、四氯化碳或四氯乙烯。
进一步，所述冷却介质为为空气或氮气。
本发明的有益效果是：
本发明提供的板条激光增益模块将至少两个板条增益介质平行放置形成堆叠，在较小的体积内获得大的散热面积，同时激光不通过冷却介质，避免了高热光系数的液体造成的高阶畸变，使用本发明的板条激光增益模块搭建谐振腔或放大器可在较小体积内实现高功率高光束质量激光输出。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明另一种实施方式的结构示意图。
附图中：1-第一窗口，2-第二窗口，3-第一板条增益介质，4-第二板条增益介质，5-第三板条增益介质，6-第四板条增益介质，7-第五板条增益介质，8-第六板条增益介质，9-第一间隔体，10-第二间隔体，11-第三间隔体，12-第四间隔体，13-第五间隔体，14-密封结构，15-第一泵浦光，16-第二泵浦光。
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：
一种板条激光增益模块，包括至少两个平行放置的板条增益介质，所述板条增益介质为梯形结构或平行四边形结构，所述板条增益介质的大面镀有疏逝膜和泵浦光增透膜，所述板条增益介质的端面镀有激光增透膜，所述各板条增益介质采用不同的掺杂浓度，对单一浓度的板条激光增益介质，沿泵浦光传输方向的单位体积吸收泵浦光功率会呈指数衰减，而采用不同的掺杂浓度，可以保证每只板条吸收的泵浦功率基本相同，同时大幅度提升板条厚度方向的泵浦均匀性。
相邻板条增益介质之间具有供冷却介质流动的流道，所述流道的端部采用密封结构进行密封，所述冷却介质为去离子水、重水、四氯化碳或四氯乙烯等液体，也可以是空气或氮气等气体，冷却介质从流道流过带走板条增益介质的废热，泵浦光从板条增益介质的大面导入，激光在板条增益介质内部以“之”形光路传输，本发明将至少两个板条增益介质平行放置形成堆叠，在较小的体积内获得大的散热面积，同时激光不通过冷却介质，避免了高热光系数的液体造成的高阶畸变，使用本发明的板条激光增益模块搭建谐振腔或放大器可在较小体积内实现高功率高光束质量激光输出。
所述相邻板条增益介质之间设置有间隔体，所述间隔体吸收荧光来抑制放大自发辐射，所述间隔体采用对激光吸收和对泵浦光无吸收的掺杂晶体，其大面镀有泵浦光与激光的增透膜，在放大自发辐射强度可接受的条件下也可以不设置间隔体。
所述板条增益介质的掺杂浓度通过以下内容得出：
以单面双通泵浦结构为例，设板条增益模块中有n个板条增益介质，厚度均为t0，从泵浦光入口开始，板条增益介质的吸收系数依次为α1、α2、…、αn，板条增益模块的吸收效率η＝1-ε，其中ε为未被吸收的泵浦光功率比例，可利用如下n个方程求解每个板条增益介质的吸收系数：
然后根据吸收系数与掺杂浓度的关系，获得每个板条增益介质的掺杂浓度，对于双面单通泵浦的板条增益模块可以采用类似的方程组求得板条的掺杂浓度。
如图1所示，在本实施例中，一种板条激光增益模块，是一种单面双通泵浦结构，其包括平行放置的3个Nd:YAG板条增益介质，板条增益介质采用梯形结构，长135mm，宽40mm，厚3mm，具体地，所述板条激光增益模块自上而下依次设有第一窗口1、第一板条增益介质3、第一间隔体9、第二板条增益介质4、第二间隔体10、第三板条增益介质5和第二窗口2，各板条增益介质与间隔体之间具有流道，各窗口与板条增益介质之间也具有流道，流道厚度为1mm，冷却介质采用去离子水，去离子水的流速为5m/s，流道的端部采用密封结构14进行密封，采用单面泵浦，第一泵浦光15从第一窗口1注入。
所述第一板条增益介质3的掺杂浓度为0.36％，第二板条增益介质4的掺杂浓度为0.5％，第三板条增益介质5的掺杂浓度为0.68％，所述第一窗口1和两个间隔体的双面镀泵浦光(波长808nm)和激光(波长1064nm)的增透膜，所述第二窗口2镀泵浦光(波长808nm)高反膜和激光(波长1064nm)增透膜。
实施例二：
如图2所示，本实施例中与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：本实施例中，板条激光增益模块为双面单通泵浦结构，其包括平行放置的6个Nd:YAG板条增益介质，具体地，所述板条激光增益模块自上而下依次设有第一窗口1、第一板条增益介质3、第一间隔体9、第二板条增益介质4、第二间隔体10、第三板条增益介质5、第三间隔体11、第四板条增益介质6、第四间隔体12、第五板条增益介质7、第五间隔体13、第六板条增益介质8和第二窗口2，采用双面泵浦，第一泵浦光15和第二泵浦光16分别从第一窗口1、第二窗口2注入。
所述第一板条增益介质3和第六板条增益介质8的掺杂浓度为0.36％，第二板条增益介质4和第五板条增益介质7的掺杂浓度为0.5％，第三板条增益介质5和第四板条增益介质6的掺杂浓度为0.68％，所述第一窗口1、第二窗口2及各个间隔体双面均镀泵浦光(波长808nm)和激光(波长1064nm)的增透膜。
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 (9)
1.一种板条激光增益模块，其特征在于：包括至少两个平行放置的板条增益介质，所述各板条增益介质采用不同的掺杂浓度，相邻板条增益介质之间具有供冷却介质流动的流道，泵浦光从板条增益介质的大面导入，激光在板条增益介质内部以“之”形光路传输。
2.根据权利要求1所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述相邻板条增益介质之间设置有间隔体，所述间隔体吸收荧光来抑制放大自发辐射。
3.根据权利要求2所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述间隔体采用对激光吸收和对泵浦光无吸收的掺杂晶体，其大面镀有泵浦光与激光的增透膜。
4.根据权利要求1所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述板条增益介质采用不同掺杂浓度使每只板条的吸收的泵浦光功率基本相同。
5.根据权利要求1所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述流道的端部采用密封结构进行密封。
6.根据权利要求1所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述板条增益介质为梯形结构或平行四边形结构。
7.根据权利要求6所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述板条增益介质的大面镀有疏逝膜和泵浦光增透膜，所述板条增益介质的端面镀有激光增透膜。
8.根据权利要求1所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述冷却介质为去离子水、重水、四氯化碳或四氯乙烯。
9.根据权利要求1所述的一种板条激光增益模块，其特征在于：所述冷却介质为空气或氮气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |