CN115603174A - 一种半导体侧向泵浦激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体侧向泵浦激光器，所述泵浦激光器包括一半导体侧向泵浦激光模块、一全反镜(1)和一输出镜(5)，所述全反镜(1)和输出镜(5)分别布置在所述激光模块两端，所述激光模块包括增益介质晶体棒(2)和若干个半导体激光线阵列，所述晶体棒(2)呈圆柱状，所述半导体激光线阵列均匀分布在所述晶体棒(2)的周侧面，且其轴线与所述晶体棒(2)的轴线平行，所述半导体激光线阵列包括热沉(3)和半导体发光芯片(4)，所述全反镜(1)、所述输出镜(5)与所述晶体棒(2)同轴。该半导体侧向泵浦激光器能够输出高质量的环形激光束，改善激光器输出的光束质量，提高激光器输出功率，能够广泛适用于更多的工作场合。

Description

一种半导体侧向泵浦激光器
技术领域
本发明涉及一种半导体侧向泵浦激光器，特别涉及一种输出高质量环形激光光束的半导体侧向泵浦激光器。
背景技术
半导体泵浦激光器在实际应用时，其内部激光模块的增益介质因受到泵浦光泵浦，产生分布不均匀热量，形成了热梯度，而热梯度又导致了热透镜效应等问题，使得激光器输出的光束质量变差，影响了实际应用效果，而且由于激光模块的散热问题，使得激光器的输出功率难以持续提高。
因此，如果能够解决增益介质的散热问题，一方面可以提高激光光束质量，另一方面可以继续提高激光器输出功率，进而提高加工效率和应用场合，在激光器实际应用中的意义是十分重大的。
此外，具有特殊光斑分布的激光器具有特殊的工业应用，比如具有环形光斑的环形激光光束在激光焊接中能够改变焊缝形貌，在激光熔覆中能够直接制作同轴送丝熔覆系统。
针对以上技术问题，本发明提供一种半导体侧向泵浦激光器，能够输出高质量的环形激光束，显著改善激光器输出的光束质量，而且可以提高激光器输出功率，适用于更多的工作场合。
发明内容
本发明的核心解决手段是：一、在增益介质晶体棒的中心位置处形成贯穿圆孔，贯穿圆孔使中心位置处形成空气流通，可以大幅度降低中心位置处的热量，显著降低了晶体棒的径向热梯度，从而保证高质量激光束的稳定输出。而且，此时激光器输出环形激光束，能够满足特殊应用场合的需要；二、在增益介质晶体棒的基体材料中掺杂某种材料，这种掺杂的材料能够吸收泵浦激光能量产生跃迁辐射出光子，掺杂的方式为沿晶体棒径向从中心到边缘的逐渐变化，这样也可以提升晶体棒的散热效率。
具体技术方案如下：包括一半导体侧向泵浦激光模块、一全反镜(1)和一输出镜(5)，所述全反镜(1)和输出镜(5)分别布置在所述激光模块两端，其特征在于：所述激光模块包括增益介质晶体棒(2)和若干个半导体激光线阵列，所述晶体棒(2)呈圆柱状，所述半导体激光线阵列均匀分布在所述晶体棒(2)的周侧面，且其轴线与所述晶体棒(2)的轴线平行，所述半导体激光线阵列包括热沉(3)和半导体发光芯片(4)，所述全反镜(1)、所述输出镜(5)与所述晶体棒(2)同轴。
进一步地，所述晶体棒(2)中心位置处沿轴向设置有一贯穿圆孔，所述贯穿圆孔的直径为所述晶体棒直径的1/10～1/8。
进一步地，所述晶体棒(2)是由基体材料和掺杂在所述基体材料中的掺杂材料组成，所述掺杂材料是能够吸收泵浦激光能量产生跃迁辐射出光子的材料，所述晶体棒的掺杂材料原子掺杂浓度不同。
进一步地，沿着所述晶体棒(2)的径向方向，原子掺杂浓度从中心到边缘的逐渐增加，增加方式为线性增加或曲线增加，所述掺杂材料原子掺杂浓度的数值范围是0.4％-1.5％。
进一步地，所述全反镜(1)和所述输出镜(5)均为平面镜，且距所述晶体棒(2)两端的距离相等，形成平平对称谐振腔；所述全反镜(1)单面镀有100％能量0°反射膜，所述输出镜(5)一面镀有100％能量0°透射另一面镀有部分能量透射膜，能量透射率为20％-60％。
进一步地，所述半导体激光线阵列的数量是奇数个。
进一步地，所述半导体激光线阵列的数量是5个。
进一步地，所述晶体棒(2)的材料为Nd：YAG，所述泵浦激光为808nm波长输出的半导体激光或输出较宽光谱的氙灯。
本发明所提供的半导体侧向泵浦激光器，能够输出高质量的环形激光束，显著改善激光器输出的光束质量和提高激光器的输出功率。
附图说明
为进一步说明本发明的具体内容，以下结合实施例并附图对本发明进一步详述。
图1为本发明提供的半导体侧向泵浦激光器光路图，
图2为本发明提供的半导体侧向泵浦激光器的激光模块示意图，
图3为增益介质晶体棒的原子掺杂浓度示意图。
具体实施例
请参阅图1-2，本发明提供一种半导体侧向泵浦激光器，包括一半导体侧向泵浦激光模块、一全反镜1和一输出镜5，所述全反镜1和输出镜5分别布置在所述激光模块两端。
所述激光模块包括增益介质晶体棒2和若干个半导体激光线阵列，所述晶体棒2呈圆柱状，所述半导体激光线阵列均匀分布在所述晶体棒2的周侧面，且其轴线与所述晶体棒2的轴线平行，所述半导体激光线阵列包括热沉3和半导体发光芯片4，所述全反镜1、所述输出镜5与所述晶体棒2同轴。优选地，所述半导体激光线阵列的数量为大于1的奇数，本发明以5个激光线阵列为例。
所述晶体棒2中心位置处沿轴向设置有一贯穿圆孔，所述贯穿圆孔的直径根据输出光的效果来确定，优选地，为所述晶体棒直径的1/10～1/8。通常增益介质晶体棒中心散热效果最差，温度最高，通过设置贯穿圆孔，可以显著增加增益介质晶体棒2中心空气流通，提高散热速度，从而降低增益介质晶体棒2径向热梯度，提高了光束质量。而且，在半导体激光线阵列泵浦增益介质晶体棒2时，增益介质晶体棒2中心不产生激光输出，只有增益介质晶体棒2边缘产生激光输出，这样就形成一环形光斑形状激光输出。
所述晶体棒2是由基体材料和掺杂在所述基体材料中的掺杂材料组成，所述掺杂材料是能够吸收泵浦激光能量产生跃迁辐射出光子的材料，增益介质晶体棒2吸收泵浦光谱能后，会导致原子由低能级向高能级跃迁，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出相同频率单色光谱。沿着所述晶体棒2的径向方向，原子掺杂浓度从中心到边缘的逐渐增加，优选地，所述原子掺杂浓度的数值范围是0.4％-1.5％。
增益介质晶体棒2可以为Nd:YAG等材料，泵浦激光可以为808nm波长输出的半导体激光，也可以为较宽光谱输出的氙灯。本发明示例的是增益介质晶体棒2具有渐变的原子掺杂浓度，晶体棒径向边缘掺杂浓度较高，中心浓度较低，由边缘向中心逐级掺杂变低的结构。增益介质晶体棒的原子掺杂浓度如图3所示。
本发明选用的激光谐振腔为平平对称谐振腔，即全反镜1及输出镜5为平面镜，且距增益介质晶体棒2两端的距离相等，也可以根据实际情况选取其它类型谐振腔。所述全反镜1单面镀有100％能量0°反射膜，所述输出镜5一面镀有100％能量0°透射另一面镀有部分能量透射膜，通常输出镜5的能量透射率选择20％-60％之间的值，也可以根据实际需要选择其它适当的腔镜。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，在不脱离本发明的原则和精神的条件下，能够对这些实施例做出改动，其中本发明的保护范围由所附权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种半导体侧向泵浦激光器，包括一半导体侧向泵浦激光模块、一全反镜(1)和一输出镜(5)，所述全反镜(1)和输出镜(5)分别布置在所述激光模块两端，其特征在于：所述激光模块包括增益介质晶体棒(2)和若干个半导体激光线阵列，所述晶体棒(2)呈圆柱状，所述半导体激光线阵列均匀分布在所述晶体棒(2)的周侧面，且其轴线与所述晶体棒(2)的轴线平行，所述半导体激光线阵列包括热沉(3)和半导体发光芯片(4)，所述全反镜(1)、所述输出镜(5)与所述晶体棒(2)同轴。
2.根据权利要求1所述的激光器，所述晶体棒(2)中心位置处沿轴向设置有一贯穿圆孔，所述贯穿圆孔的直径为所述晶体棒直径的1/10～1/8。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述晶体棒(2)是由基体材料和掺杂在所述基体材料中的掺杂材料组成，所述掺杂材料是能够吸收泵浦激光能量产生跃迁辐射出光子的材料，所述晶体棒的掺杂材料原子掺杂浓度不同。
4.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于：沿着所述晶体棒(2)的径向方向，掺杂材料原子掺杂浓度从中心到边缘的逐渐增加，增加方式为线性增加或曲线增加，所述原子掺杂浓度的数值范围是0.4％-1.5％。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述全反镜(1)和所述输出镜(5)均为平面镜，且距所述晶体棒(2)两端的距离相等，形成平平对称谐振腔；所述全反镜(1)单面镀有100％能量0°反射膜，所述输出镜(5)一面镀有100％能量0°透射另一面镀有部分能量透射膜，能量透射率为20％-60％。
6.根据权利要求1-4任一项所述的激光器，所述半导体激光线阵列的数量是大于1的奇数。
7.根据权利要求1-4任一项所述的激光器，其特征在于：所述半导体激光线阵列的数量是5个。
8.根据权利要求1-4任一项所述的激光器，其特征在于：所述晶体棒(2)的材料为Nd：YAG，所述泵浦激光为808nm波长输出的半导体激光或输出较宽光谱的氙灯。
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