CN114243439A - 一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ase抑制装置 - Google Patents

一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ase抑制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，涉及激光技术领域。在该ASE抑制装置中，板条增益介质的两个侧面分别固定一导光体，并在导光体大面靠近板条增益介质的区域上镀制对荧光透明的导电薄膜，对导电薄膜通不同电流以匹配板条侧面温度；导光体远离板条增益介质的一端插入冷却器内部腔体的导光液中，使得荧光被导光体侧面导出到导光液中、然后经过导光液被冷却器腔体的内壁吸收。本发明既可在抑制板条激光增益介质的ASE、提升激光效率，又可降低其边缘波前畸变、提升激光光束质量。

Description

一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其是一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置。
背景技术
在大尺寸板条增益介质中随着增益增加往往带来严重的自发辐射放大(Amplified Spontaneous Emission,ASE)效应，ASE效应不仅会降低激光介质的储能，而且会降低增益均匀性。因此，大尺寸板条增益介质的放大自发辐射应尽量被抑制。
现有技术中，高功率尤其是大能量板条增益模块一般是通过在板条的侧面粘接灰玻璃、键合掺Sm、掺Cr的基质材料以吸收放大自发辐射光，达到抑制ASE、提升储能和效率的目的。而该类板条增益介质在低重频低热条件下的板条激光宽度方向的热畸变较小，随着重频或废热增加，吸收体温度难以和板条自身的温度匹配，从而造成板条激光宽度方向边缘处5mm-10mm区域内存在较大的波前畸变和退偏。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可降低板条波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置,将板条侧面的荧光导出到距离板条增益介质一定距离外的区域进行吸收，同时对靠近板条增益介质侧面的区域进行温度控制。
本发明采用的技术方案如下：
一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，在该抑制装置中，板条增益介质1的侧面两端分别固定一导光体2，并在导光体2大面上靠近板条增益介质1的区域镀制对荧光透明的导电薄膜6，对导电薄膜6通不同电流以匹配板条侧面温度，从而通过可控的发热降低板条激光宽度方向侧边的波前畸变；
导光体2远离板条增益介质1的一端插入冷却器3内部腔体的导光液4中，使得荧光被导光体2侧面导出到导光液4中、然后经过导光液4被冷却器3腔体的内壁吸收。
所述导光体2采用折射率与板条增益介质1接近、且对荧光无吸收的材料。
导光体2选择玻璃或与板条增益介质1相同的基质材料。
导光体2与板条增益介质1通过用粘接剂进行粘接固定，所述粘接剂选用折射率与板条增益介质1接近、且对荧光不吸收的光学胶7。
冷却器3的腔体采用高导热材料制成，该腔体的内壁为经发黑工艺处理后表面发黑的锯齿状结构，以增加对导出荧光的吸收。
腔体与导光体2之间采用橡胶或密封胶等密封体5进行密封固定，确保导光液4不渗漏。
为了对吸收荧光后的腔体进行散热，根据荧光功率大小，在冷却器内部设计冷却水流道并通冷却水进行冷却、或在冷却器外表面设计散热鳍片带走热量。
对导电薄膜6通电使其处于保持在一定温度，同时根据板条增益介质1侧面温度匹配的需要设计导电薄膜6的形状。
板条增益介质1的废热功率密度沿板条宽度方向一般为均匀分布，沿板条长度方向的分布为q(x)，则导电薄膜6的宽度为
Figure BDA0003333596300000021
其中x为距离发热区边缘的距离，c为与薄膜电阻、板条侧面温度、导光体相关的常数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、与现有技术相比，本发明提供的可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置重点采用导光体将板条侧面处的荧光导出远离板条处的导光液体中，并被冷却器吸收。该方案既可在抑制板条激光增益介质的ASE、提升激光效率，又可降低其边缘波前畸变、提升激光光束质量。
2、本发明提供的可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置在导光体靠近板条侧面区域内镀有透明电加热膜，通过调整电加热膜的电流来调整导光体的温度，并达到调控板条宽度方向边缘波前畸变的目的。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明提供的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置结构的剖面图；
图2是本发明提供的板条增益介质和导光体的面示意图。
图3是本发明提供的导光体位置示意图
图4是本发明提供的一种可降低边缘波前畸变的面泵浦板条激光增益介质ASE抑制装置的示意图；
图5是本发明提供的一种可降低边缘波前畸变的端泵浦板条激光增益介质ASE抑制装置的示意图。
图中：1-板条增益介质，2-导光体，3-冷却器，4-导光液，5-密封体，6-导电薄膜，7-光学胶，8-引线，A100-板条增益介质大面，A101-板条增益介质端面，A102-板条增益介质侧面，B100-导光体大面，B101-导光体端面，B102-导光体侧面。
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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1示出了本发明的一个实施例的高功率板条增益介质ASE抑制装置的结构。该ASE抑制装置包括板条增益介质1，所述板条增益介质1的两个侧面分别固定一导光体2，并在导光体2大面上靠近板条增益介质1的区域镀制对荧光透明的导电薄膜6，所述导电薄膜6具有一定的电阻。对导电薄膜6通不同电流以匹配板条侧面温度，从而通过可控的发热降低板条激光宽度方向侧边的波前畸变。所述板条增益介质1的废热功率密度沿板条长度方向的分布为一常数。
其中，所述大面是指具有立方体形状的板条增益介质1和导光体2上面积最大的两面，如图2所示，在板条增益介质上面积最大的面A100为大面，A101为端面，A102为侧面，在导光体面积最大的面B100为大面，B101为端面，B102为侧面。
由于板条增益介质1两个侧面均需要导出荧光和进行波前畸变控制，因此本申请实施例的装置在一个板条增益介质1的两个侧面设置有两个导光体2，如图3所示。
结合图1-图3可看到，两只导光体2分别固定在板条增益介质1的两个侧面，用于分别将板条增益介质1侧面两端的荧光导出到距离板条一定距离以外的区域进行吸收。该导光体2一般采用折射率与板条增益介质1接近、且对荧光无吸收的材料。在一个实施例中导光体2可选玻璃，或选择与板条增益介质1相同的基质材料。
导光体2与板条增益介质1之间可通过用粘接剂进行粘接固定，在一个实施例中该粘接剂可选用折射率与板条增益介质1接近、且对荧光不吸收的光学胶7，以确保到达侧面的绝大部分荧光从板条增益介质1中导出。
此外，导光体2远离板条增益介质1的一端插入冷却器3内部腔体的导光液4中，使得荧光被导光体2侧面导出到导光液4中、然后经过导光液4被冷却器3腔体的内壁吸收。冷却器3的腔体采用纯铜等高导热材料制成，同时腔体内壁为经发黑工艺(例如酸洗、电工艺)处理后表面发黑的锯齿状结构，以增加对导出荧光的吸收。另一方面，为了对吸收荧光后的腔体进行散热，根据荧光功率大小，在冷却器内部设计冷却水流道并通冷却水进行冷却、或在冷却器外表面设计散热鳍片带走热量；腔体与导光体2之间采用橡胶或密封胶等密封体5进行密封固定，确保导光液4不渗漏。在一个实施例中所述导光液4采用与导光体2折射率相近的液体。
在一个实施例中，导光体2的尺寸为长120mm、宽20mm、厚5mm，该导光体2可采用折射率为1.82左右的玻璃材料或者白YAG材料。此时，该导光体2上120*5mm的一面固定在板条增益介质1的侧面，并在120*20mm的两面镀制对荧光透明的导电薄膜6。
在一个实施例中，所述导电薄膜6可以选择透明的的ITO(铟锡氧化物半导体透明导电膜)薄膜电阻，该ITO薄膜电阻具有一定电阻并能够通电加热、且该ITO薄膜电阻对1064nm的荧光吸收较小。在实际应用中可根据板条侧面温度匹配的需要设计导电薄膜6的形状，并根据泵浦功率调整对导电薄膜6通电的电流，从而对靠近板条侧面的区域进行温度控制，以实现在不同泵浦条件下达到抑制波前畸变的目的。
在一个实施例中，所述板条增益介质1为Nd:YAG板条增益介质，该板条增益介质1的长为150mm，宽为50mm，厚为5mm。该板条增益介质1可采用面泵浦也可采用端泵浦。
实施例2
由于导电薄膜6本身具有一定的电阻，可以对该导电薄膜6通电使其处于保持在一定温度，同时还可以根据板条增益介质1侧面温度匹配的需要设计导电薄膜6的形状。
图4为本实施例中采用面泵浦的板条激光增益介质ASE抑制装置的示意图，该图示出了面泵浦板条增益介质1对应的导电薄膜6的形状。
具体而言，板条增益介质1的废热功率密度沿板条宽度方向一般为均匀分布，沿板条长度方向的分布为q(x)，则导电薄膜6的宽度y可设计为
Figure BDA0003333596300000051
其中x为距离发热区边缘的距离(如图5所示)，c为与薄膜电阻、板条侧面温度、导光体相关的常数。
由于面泵浦板条增益介质1的废热功率密度沿宽度和长度方向基本是均匀的，因此在实际操作中与面泵浦板条增益介质1对应的导电薄膜6的宽度y一般为一常数，此时导电薄膜6的形状为矩形。
实施例3
在本实施例中，板条增益介质1的泵浦方式为双端面泵浦，图5为本实施例中采用端泵浦的板条激光增益介质ASE抑制装置的示意图，其中L所在方向表示板条增益介质1的长度方向。
对于端泵浦板条增益介质1的所述废热功率密度可以描述为
p(x)＝c1×(e-ax+e-a(L-x))
其中c1为由泵浦功率、吸收系数、产热比、板条尺寸决定的一个常数，a为板条增益介质1的掺杂区材料对泵浦光的吸收系数，L为板条增益介质1发热区域的长度(如图5中所示)；
则与端泵浦板条增益介质1对应的导电薄膜6的宽度y在板条增益介质1长度方向的分布为
Figure BDA0003333596300000052
其中c2为由薄膜电阻、板条侧面温度等相关的一个常数，a为板条增益介质1的掺杂区材料的吸收系数，L为板条增益介质1发热区域的长度。
实施例4
如图4和图5所示，薄膜电阻6通过两端焊接的两个引线8连接电源。当板条增益介质1在泵浦工作时，使用平行光管输出的平面波激光通过板条增益介质1，并利用波前探测器测量通过板条增益介质1平面波激光的波前。此时板条增益介质1宽度方向存在由于板条边缘温度减低造成的较大塌边。因此需要逐渐增大通过薄膜电阻6的电流，直到板条边缘处波前的塌边消失，记录此时的泵浦功率和通过薄膜电阻6的电流。
通过调整泵浦功率可获得一系列泵浦功率和电流对应的记录。在后续使用板条增益模块时，可根据泵浦功率直接将薄膜电阻6上的电流加到对应值，即可降低板条增益介质1的边缘波前畸变。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (9)

1.一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，在该抑制装置中，板条增益介质(1)的侧面两端分别固定一导光体(2)，并在导光体(2)大面上靠近板条增益介质(1)的区域镀制对荧光透明的导电薄膜(6)，对导电薄膜(6)通不同电流以匹配板条侧面温度，从而通过可控的发热降低板条激光宽度方向侧边的波前畸变；
导光体(2)远离板条增益介质(1)的一端插入冷却器(3)内部腔体的导光液(4)中，使得荧光被导光体(2)侧面导出到导光液(4)中、然后经过导光液(4)被冷却器(3)腔体的内壁吸收。
2.根据权利要求1所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，所述导光体(2)采用折射率与板条增益介质(1)接近、且对荧光无吸收的材料。
3.根据权利要求2所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，导光体(2)选择玻璃或与板条增益介质(1)相同的基质材料。
4.根据权利要求1所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，导光体(2)与板条增益介质(1)通过用粘接剂进行粘接固定，所述粘接剂选用折射率与板条增益介质(1)接近、且对荧光不吸收的光学胶(7)。
5.根据权利要求1所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，冷却器(3)的腔体采用高导热材料制成，该腔体的内壁为经发黑工艺处理后表面发黑的锯齿状结构，以增加对导出荧光的吸收。
6.根据权利要求1所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，腔体与导光体(2)之间采用橡胶或密封胶等密封体(5)进行密封固定，确保导光液(4)不渗漏。
7.根据权利要求1所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，为了对吸收荧光后的腔体进行散热，根据荧光功率大小，在冷却器内部设计冷却水流道并通冷却水进行冷却、或在冷却器外表面设计散热鳍片带走热量。
8.根据权利要求1所述的一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，对导电薄膜(6)通电使其处于保持在一定温度，同时根据板条增益介质(1)侧面温度匹配的需要设计导电薄膜(6)的形状。
9.根据权利要求8所述一种可降低边缘波前畸变的板条激光增益介质ASE抑制装置，其特征在于，板条增益介质(1)的废热功率密度沿板条宽度方向为均匀分布，沿板条长度方向的分布为q(x)，则导电薄膜(6)的宽度y为
Figure FDA0003333596290000011
其中x为距离发热区边缘的距离，c为与薄膜电阻、板条侧面温度、导光体相关的常数。
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