CN110265857B - 一种固体激光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固体激光源，壳体内设置激光增益介质，激光增益介质的两个端面分别由全反镜、半反镜覆盖，两个或多个泵浦源模块环绕在激光增益介质的侧面形成泵浦结构，壳体内存储有若干个泵浦源模块，且壳体内设置位移机构，所述位移机构可自动更换环绕在激光增益介质侧面的泵浦源模块；泵浦源模块具有透明的外壳，该外壳的一个内表面上设置电阻膜层，电阻膜层上紧密设置呈面状分布的化学闪光药剂膜层，外壳的两端由端塞封闭后使泵浦源模块形成全封闭结构，端塞上设置电极，电极一端与所述电阻膜层连接，另一端与外部电源连接。该固体激光源同时解决了化学闪光泵浦源的药剂更换和燃烧残渣污染问题，获得重复频率高能脉冲激光输出。

Description

一种固体激光源
技术领域
本发明涉及一种固体激光源，可应用于便携式高能激光器领域。
背景技术
体积小、质量轻的便携式高能激光器在反恐安保领域具有极大的应用需求。但是，现有的激光技术主要采用氙灯和半导体激光器为泵浦源，激光器的能量来源是外部电能，电源系统的体积和重量在整个激光器系统中占据很高的比重，并且复杂、精密、昂贵。在安装平台载重和空间有限的条件下，比如十公斤级载重的小型无人机上，上述氙灯或二极管泵浦的激光器难以同时满足能量高、体积小、重量轻的多重需求。
发明内容
本发明提供一种小型高能固体激光源，能够同时解决化学闪光泵浦源的药剂更换和燃烧残渣污染问题，获得重复频率高能脉冲激光输出。
本发明采用以下技术方案：
一种固体激光源，包括壳体，壳体内设置激光增益介质，激光增益介质的两个端面分别由全反镜、半反镜覆盖，两个或多个泵浦源模块环绕在激光增益介质的侧面形成泵浦结构，壳体内存储有若干个泵浦源模块，且壳体内设置位移机构，完成一次泵浦后，通过所述位移机构自动更换环绕在激光增益介质侧面的泵浦源模块；所述泵浦源模块具有透明的外壳，该外壳的一个内表面上设置呈面状分布的电阻膜层，电阻膜层上紧密设置呈面状分布的化学闪光药剂膜层，外壳的两端由端塞封闭后使泵浦源模块形成全封闭结构，端塞上设置电极，电极一端与所述电阻膜层连接，另一端与外部电源连接。
激光增益介质的形状是可选择的，当激光增益介质安装到位后，位于激光发射方向及其延线上的两个面为激光增益介质的端面，全反镜安装在激光增益介质的后端面，半反镜安装在激光增益介质的前端面，相应地，激光增益介质的其他面为其侧面。下面涉及到的前、后、左、右、上、下几个方位，除有特别说明外，均是以半反镜所在方向为“前”进行描述的。
以下几点特征可优化上述技术方案：
所述泵浦源模块的外壳上镀有高反光膜层，所述电阻膜层与高反光膜层分别位于外壳的同一侧面的内、外表面。
所述泵浦源模块上与设置电阻膜层的内表面相对的另一个内表面上镀有550～808nm宽波段增透膜层。
所述激光增益介质的侧面具有泵浦源模块存储仓，该存储仓内以阵列形式排布若干个泵浦源模块。
所述存储仓附近还设置有回收仓，完成一次泵浦后的泵浦源模块被位移机构从激光增益介质的侧面转运至回收仓内。
泵浦源模块的形状和激光增益介质的形状形成匹配关系，采用的散热模式也会相应地调整，比如当所述激光增益介质为圆柱状结构，所述泵浦源模块的外壳是截面为半圆环的柱体，泵浦源模块环绕在激光增益介质的圆柱面上；壳体上靠近激光增益介质的位置设置风冷散热结构，用于对激光增益介质进行冷却降温。当所述激光增益介质为矩形柱状结构，所述泵浦源模块的外壳是截面为矩形的柱体，泵浦源模块仅在激光增益介质的左右两个侧面环绕成泵浦结构；所述激光增益介质的上下两个侧面设置有热沉散热结构，用于对激光增益介质冷却降温。
所述泵浦源模块的外壳采用高强度抗压材料制成，比如采用高强度石英玻璃制成方形管或者半圆环柱体管。
位移机构可按照设定的频率和路径移动并转运泵浦源模块。
本发明使用化学闪光泵浦源替代传统的氙灯和半导体激光器等泵浦源，泵浦过程中不需要外界电源保持电能供给，可以使激光器省去大型电源系统，仅需一块锂电池即可驱动泵浦源闪光，从而实现固体激光器的小型化。与现有的化学闪光泵浦激光器相比，本发明中化学闪光泵浦源模块集成了全封闭性、面状均匀泵浦、自带高反射腔、自带增透膜层、可快速自动更换的功能。全封闭结构能够有效避免泵浦过程中闪光药剂燃烧残渣外泄对光学系统的污染和冲击破坏。拼接模块的设计能够在轻松匹配不同形状的激光增益介质的同时，利用成熟的轻武器技术实现泵浦源模块自动更换，使激光器实现重复频率脉冲输出。区别于现有的管状化学闪光灯，本发明中泵浦源模块的电阻膜和闪光药剂均是面状分布，能够在不使用聚光腔的条件下，使泵浦光在激光增益介质周围直接形成大面积环绕式、均匀辐照。并且，能够承载更大剂量的化学闪光药剂，提供更高能的泵浦光，输出高能激光。泵浦源模块中高反射膜层和增透膜层的设计能够进一步提高泵浦光的利用效率，为整个激光器省去外置的光学反射腔，近一步减小激光器的体积和重量。散热结构能够方便地对激光增益介质进行降温冷却，避免重复频率泵浦过程中激光增益介质因热效应造成的光束质量恶化。此外，本发明中的泵浦源模块还具有制作工艺简单，成本低廉的优点，可根据激光源的具体应用需求配置泵浦源模块的数量，能够最大程度上降低非消耗品在整个激光源中所占比重，有利于激光器的小型化和轻型化。
附图说明
图1为本发明所述固体激光源的结构示意图。
图2为适合圆柱状激光增益介质的泵浦源模块结构示意图。
图3为适合矩形柱状激光增益介质的泵浦源模块结构示意图。
上图中，1-壳体，2-泵浦源模块，3-激光增益介质，4-全反镜，5-半反镜，6-泵浦源模块存储仓，6’-回收仓，7-位移机构，8-散热结构，9-外壳，10-电阻膜层，11-化学闪光药剂膜层，12-端塞，13-第一内表面，14-电极，15-高反光膜层，16-第二内表面，17-增透膜层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
固体激光源的结构如图1所示，包括壳体1，泵浦源模块2、圆柱状激光增益介质3、全反镜4、半反镜5、泵浦源模块存储仓6、位移机构7和散热结构8。
壳体1内设置激光增益介质3，激光增益介质的两个端面分别由全反镜4、半反镜5覆盖，两个或多个泵浦源模块2环绕在激光增益介质的侧面形成泵浦结构，壳体内存储有若干个泵浦源模块，且壳体内设置位移机构7，完成一次泵浦后，通过所述位移机构自动更换环绕在激光增益介质侧面的泵浦源模块。
激光增益介质的形状是可选择的，当激光增益介质安装到位后，位于激光发射方向(图1中箭头所示方向)及其延线上的两个面为激光增益介质的端面，全反镜安装在激光增益介质的后端面，半反镜安装在激光增益介质的前端面，相应地，激光增益介质的其他面为其侧面。本发明涉及到的前、后、左、右、上、下几个方位，除有特别说明外，均是以半反镜所在方向为“前”进行描述的。
本实施例采用圆柱状激光增益介质，也可称为棒状激光增益介质，如图2所示，匹配该激光增益介质的泵浦源模块的外壳9是截面为半圆环的柱体，泵浦源模块环绕在激光增益介质的圆柱面上。
如图2所示，泵浦源模块具有透明的外壳9，该外壳的一个内表面(第一内表面13)上设置呈面状分布的电阻膜层10，电阻膜层上紧密设置呈面状分布的化学闪光药剂膜层11，电阻膜层和化学闪光药剂膜层均呈半圆弧形面状分布，与外壳的第一内表面形状匹配。外壳的两端由端塞12封闭后使泵浦源模块形成全封闭结构。端塞上设置弧形电极14，电极一端与外壳内的电阻膜层连接，另一端与外部电源连接，外部电源可以采用锂电池。
两个泵浦源模块存储仓6对称设置在激光增益介质3的侧面。每个存储仓内以阵列形式排布若干个泵浦源模块。每个泵浦源存储仓内可设置一个位移机构7，位移机构按照设定的频率和路径运动，各自将两侧仓内的一个泵浦源模块2同步送达设定的位置，即激光增益介质侧面，完成泵浦源模块的加载。
由于泵浦源模块是半圆环柱，两个泵浦源模块拼接成圆环柱环绕在激光增益介质的侧面，泵浦源模块存储仓位于这两个泵浦源模块的外侧。泵浦源模块存储仓可以根据激光增益介质侧面所需的泵浦源模块数量进行设置，包括泵浦源模块存储仓的数量、位置、空间大小，以移动机构能够实现更换为准。外部电源按照设定的频率脉冲工作，在泵浦源模块达到指定位置后，使泵浦源模块2通电闪光，在激光增益介质周围形成环绕式均匀辐照的泵浦光，激光增益介质端部的半反镜一侧沿箭头所示方向产生激光输出。之后，位移机构7按照设定的频率和路径运动，将激光增益介质两侧已经燃烧的泵浦源模块2分离，并退出到设置回收仓6’。
重复泵浦源模块2的加载与退出过程，激光器实现重复频率输出。泵浦源模块中化学闪光药剂的燃烧残渣和高温高压气体完全封闭在异型透明外壳9的内部，不会污染激光增益介质3。
泵浦源模块的外壳上镀有高反光膜层15，电阻膜层10与高反光膜层15分别位于外壳的同一侧面的内、外表面，即位于半圆环的外环内表面和外表面，高反射膜层15会对化学闪光剂产生的部分泵浦光形成二次反射。泵浦源模块上与设置电阻膜层的内表面相对的另一个内表面上镀有550～808nm宽波段增透膜层17，即增透膜层位于半圆环的内环的内表面(第二内表面16)，该增透膜层能够增加泵浦光的传输效率，进一步提高泵浦光的利用效率。
如图1所示固体激光源的壳体上靠近激光增益介质的位置设置风冷散热结构8，用于对激光增益介质进行冷却降温，避免重频泵浦过程中激光增益介质因热效应造成的光束质量恶化。
泵浦源模块的外壳采用抗张强度约10MPa的高强度石英玻璃制成。
实施例2
本实施例的高能固体激光源，其基本结构与实施例1相同，但还具有以下区别：
激光增益介质为矩形柱状结构(板条状)，如图3所示，匹配该激光增益介质的泵浦源模块的外壳是截面为矩形的柱体，泵浦源模块仅在激光增益介质的左右两个侧面环绕成泵浦结构；所述激光增益介质的上下两个侧面设置有热沉散热结构，用于对激光增益介质冷却降温。
所述泵浦源模块2的透明外壳9为如图3所示的开口石英玻璃方管，方管的第一内表面13上依次设置电阻膜层10、化学闪光药剂膜层11，方管的第二内表面16上镀有550～808nm宽波段增透膜层17，方管的外表面镀有高反光膜层15，方管的端部设有端塞12，端塞上设置有电极14，电极的一端与管内的电阻膜层连接，电极的另一端与管外的外部电源连接。两个泵浦源模块存储仓6对称设置在板条状激光增益介质的左、右两侧，通过位移机构运动后，两个泵浦源模块仅对板条介质的左、右侧面形成环绕泵浦。在板条状激光增益介质沿垂直方向的上、下表面设置有热沉散热结构，能够对激光增益介质冷却降温，避免重频泵浦过程中激光增益介质因热效应造成的光束质量恶化。本实施例中，透明壳体9的材质为抗张强度大于10MPa的高强度石英玻璃。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种固体激光源，其特征在于包括壳体，壳体内设置激光增益介质，激光增益介质的两个端面分别由全反镜、半反镜覆盖，两个或多个泵浦源模块环绕在激光增益介质的侧面形成泵浦结构，壳体内存储有若干个泵浦源模块，且壳体内设置位移机构，完成一次泵浦后，通过所述位移机构自动更换环绕在激光增益介质侧面的泵浦源模块；所述泵浦源模块具有透明的外壳，外壳上离激光增益介质最远的一侧的外表面上镀有高反光膜层，同一侧的内表面上设置呈面状分布的电阻膜层，电阻膜层上紧密设置呈面状分布的化学闪光药剂膜层，外壳的两端由端塞封闭后使泵浦源模块形成全封闭结构，端塞上设置电极，电极一端与所述电阻膜层连接，另一端与外部电源连接。
2.根据权利要求1所述的固体激光源，其特征在于所述泵浦源模块上与设置电阻膜层的内表面相对的另一个内表面上镀有550～808nm宽波段增透膜层。
3.根据权利要求1所述的固体激光源，其特征在于所述激光增益介质的侧面具有泵浦源模块存储仓，该存储仓内以阵列形式排布若干个泵浦源模块。
4.根据权利要求3所述的固体激光源，其特征在于所述存储仓附近还设置有回收仓，完成一次泵浦后的泵浦源模块被位移机构从激光增益介质的侧面转运至回收仓内。
5.根据权利要求1所述的固体激光源，其特征在于所述激光增益介质为圆柱状结构，所述泵浦源模块的外壳是截面为半圆环的柱体，泵浦源模块环绕在激光增益介质的圆柱面上。
6.根据权利要求5所述的固体激光源，其特征在于所述壳体上靠近激光增益介质的位置设置风冷散热结构，用于对激光增益介质进行冷却降温。
7.根据权利要求1所述的固体激光源，其特征在于所述激光增益介质为矩形柱状结构，所述泵浦源模块的外壳是截面为矩形的柱体，泵浦源模块仅在激光增益介质的左右两个侧面环绕成泵浦结构。
8.根据权利要求7所述的固体激光源，其特征在于所述激光增益介质的上下两个侧面设置有热沉散热结构，用于对激光增益介质冷却降温。
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