CN203166300U

CN203166300U - 低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调q全固态激光装置

Info

Publication number: CN203166300U
Application number: CN 201320149020
Authority: CN
Inventors: 陈柏众
Original assignee: BEIJING ORIENTAL SHARP LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING ORIENTAL SHARP LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2023-03-29

Abstract

一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，包括信号触发源、半导体激光器(LD)供电系统、声光Q开关驱动系统、半导体激光器、激光晶体、声光Q开关、激光谐振腔全反镜片、激光谐振腔输出镜片，所述半导体激光器、半导体激光器(LD)供电系统、信号触发源依次串联，同时信号触发源、声光Q开关驱动系统和声光Q开关依次串联；所述激光谐振腔全反镜片、激光晶体、声光Q开关和激光谐振腔输出镜片依次串联在一条直线上，与作为泵浦源的半导体激光器共同构成激光谐振装置；所述信号触发源提供使令信号控制半导体激光器供电系统、声光Q开关驱动系统，使两者为激光谐振装置提供供电。本实用新型的方案大大减小了激光装置在低重频情况下运行的多余发热。

Description

低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置

技术领域

本实用新型涉及全固态激光领域，特别涉及一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置。

背景技术

全固态激光器具有体积小、电光转换效率高、长时间运行稳定性好等特点，广泛应用于精细加工、激光测距、生物医疗以及材料制备等领域。全固态激光器内部光学器件的热效应问题伴随着激光器的诞生，并且一直是阻碍固体激光器发展的一个显著而严重的问题。

传统的声光调Q全固态激光器，在其工作的过程中，作为泵浦光源的半导体激光器是连续工作的，同时作为控制激光器出光频率的声光器件也是连续同步运行的，故此类激光器工作时，以上两个器件产生的多余热量也是连续不间断的。

根据使用的需要，激光器有时需要在较低频率情况下运行，而在每一个激光脉冲输出之间的空档，这类激光器中的半导体激光器和声光器件依然保持着工作状态，并且连续不断的产生大量多余的热。这就使得该类激光装置在输出较小的平均功率或能量的情况下，却要产生大量的热，激光器本身产生的热量增加，给激光器件热管理带来较大的负担，从而局限了在一些温度相对比较苛刻的环境的使用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本本实用新型提出一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，它应用在激光测距、激光生物学以及材料精密加工等方面。

本实用新型提出的技术方案如下：

一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，包括信号触发源、半导体激光器(LD)供电系统、声光Q开关驱动系统、半导体激光器、激光晶体、声光Q开关、激光谐振腔全反镜片、激光谐振腔输出镜片；其中，所述信号触发源、半导体激光器(LD)供电系统和半导体激光器依次串联；同时所述信号触发源、声光Q开关驱动系统和声光Q开关依次串联；所述的激光晶体和声光Q开关串联在激光谐振腔全反镜片和激光谐振腔输出镜片之间，四者共同处在一条直线上，与作为泵浦源的半导体激光器共同构成激光谐振装置；所述的信号触发源提供使能信号控制半导体激光器供电系统、声光Q开关驱动系统，使两者为激光谐振装置提供供电。

优选地，所述激光谐振装置为侧面泵浦结构，其中，作为所述激光晶体的泵浦源的所述半导体激光器发出的泵浦光由所述激光晶体的侧面进入所述激光晶体。

优选地，所述激光谐振装置为端面泵浦结构，其中，作为所述激光晶体的泵浦源的所述半导体激光器发出的泵浦光通过所述激光谐振腔全反镜片聚焦后从所述激光晶体的端面进入所述激光晶体。

本实用新型的低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置的工作原理如下：如图1和图2所示，该激光器运行过程中产生的热量主要是声光Q开关和半导体激光器产生的，在激光运行开启时，由信号触发源发出信号指令，该信号分成两路，两路信号在时间上是同步的，两路同步信号使令声光Q开关和半导体激光器工作，当激光脉冲输出后，信号停止，而使得声光Q开关和半导体激光器同时停止工作，也即在激光脉冲周期内的空档时间，停止声光Q开关和半导体激光器工作，从而降低设备工作过程中器件多余热量的产生。由于该激光器在低重频的条件下工作，工作周期内器件运行时间占整个运行周期的时间比例很小，不到一个周期的1％，而采用此方案后，可降低系统99％左右的发热量，此方案大大减小了激光装置在低重频情况下运行的多余发热。

本实用新型专利与现有技术相比具有以下优点：

1、整机功耗低。由于采用信号电路控制，激光装置内部功能性零部件的运行时间缩短，大大降低系统多余热量的产生；

2、输出光束质量好。热效应是影响激光输出光束质量比较重要的一个因素，由于系统产生热量较低，使得激光输出光束质量得以优化；

3、整机器件结构紧凑。采用由于系统发热量少，其散热结构可以做的相对较小，避免散热负担的增大带来的整机体积的增加。

附图说明

图1为根据本实用新型第一个实施例的侧面结构激光装置的示意图。

图2为根据本实用新型第二个实施例的端面结构激光装置的示意图。

附图标记说明：

1.1：信号触发源 1.2：半导体激光器(LD)供电系统 1.3：声光Q开关驱动系统

1.4：为半导体激光器 1.5：激光晶体 1.6：声光Q开关

1.7：激光谐振腔全反镜片 1.8：为激光谐振腔输出镜片

2.1：信号触发源 2.2：半导体激光器(LD)供电系统 2.3：声光Q开关驱动系统

2.4：半导体激光器 2.5：激光谐振腔全反镜片 2.6：激光晶体

2.7：声光Q开关 2.8：激光谐振腔输出镜片

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：侧面泵浦结构

如图1所示，一种新型低发热量的传导冷却的脉冲输出全固态激光装置，包括所述的信号触发源1.1、半导体激光器(LD)供电系统1.2、声光Q开关驱动系统1.3、半导体激光器1.4、激光晶体1.5、声光Q开关1.6、激光谐振腔全反镜片1.7、激光谐振腔输出镜片1.8；其中，半导体激光器1.4、半导体激光器(LD)供电系统1.2与信号触发源1.1依次串联，同时信号触发源1.1、声光Q开关驱动系统1.3和声光Q开关1.6依次串联，所述激光谐振腔全反镜片1.7、所述激光晶体1.5、所述声光Q开关1.6和所述激光谐振腔输出镜片1.8依次串联在一条直线上，与作为泵浦源的半导体激光器1.4共同构成激光谐振装置；所述的信号触发源1.1提供使能信号控制半导体激光器(LD)供电系统1.2、声光Q开关驱动系统1.3，使两者为激光谐振装置提供供电。所述的激光晶体1.5为低浓度掺杂的Nd:YAG晶体、Nd:YVO4、Nd:GdVO4或Nd:YLF晶体，所述激光晶体两端镀有激光波长的增透膜，该激光晶体的荧光寿命为230um，也就是该晶体上能级存储能量最大值需要的时间为230um。

激光运行开启时，由信号触发源1.1发出信号指令，该信号分成两路，两路信号在时间上是同步的，其中一路进入半导体激光器(LD)供电系统1.2，同时另一路进入声光Q开关驱动系统1.3。进入半导体激光器(LD)供电系统1.2的信号使令其开始为半导体激光器1.4供电，使得半导体激光器1.4发光，而作为激光晶体1.5的泵浦源的半导体激光器1.4发出的泵浦光由激光晶体1.5的侧面进入激光晶体，激光晶体1.5吸收泵浦光能量，产生粒子数反转，其上能级存储能量；与此同时进声光Q开关驱动系统1.3的另一路同步信号使令声光Q开关驱动系统1.3开始运行，声光Q开关驱动系统1.3启动，使得声光Q开关1.6开始工作，处于激光谐振腔内部的声光Q开关1.6工作产生效果为阻碍激光谐振腔内的激光谐振，而使得激光无法输出激光。在两路同步信号启动约230um时激光晶体1.5上能级存储能量最高，此时关闭信号触发源1.1上的使能信号，半导体激光器1.4供电结束，同时阻碍激光谐振腔内激光运行的声光Q开关上的控制信号也关掉，激光在谐振腔内开始谐振运行，并通过激光谐振腔输出镜片1.8输出高峰值功率的激光脉冲，完成了激光的一次输出，待下一个信号的产生，如此循环往复。在每一次系统运行的周期间隔内，声光Q开关驱动系统1.3和半导体激光器(LD)供电系统1.2是不工作的，假设此激光器为频率为20HZ输出的激光器，其每一个周期时间为0.05s，每一个周期中工作时间仅仅为230us，其工作占空比仅为0.46％，而传统的准连续激光器，半导体激光器和声光Q开关在一个周期内工作是连续的。由此可见在同样激光能量输出的情况下，本实用新型中激光装置的发热量仅仅传统激光器发热量的0.46％，此方案大大减小了激光装置在低重频情况下运行的多余发热。

实施例2：端面泵浦结构

如图2所示，一种新型低发热量的传导冷却的脉冲输出全固态激光装置，包括所述的信号触发源2.1、半导体激光器(LD)供电系统2.2、声光Q开关驱动系统2.3、半导体激光器2.4、激光晶体2.6、声光Q开关2.7、激光谐振腔全反镜片2.5、激光谐振腔输出镜片2.8；其中，半导体激光器2.4、半导体激光器(LD)供电系统2.2、信号触发源2.1依次串联，同时信号触发源2.1、声光Q开关驱动系统2.3和声光Q开关2.7依次串联，所述激光谐振腔全反镜片2.5、所述激光晶体2.6、所述声光Q开关2.7和所述激光谐振腔输出镜片2.8依次串联在一条直线上，与作为泵浦源的半导体激光器2.4共同构成激光谐振装置；所述的信号触发源2.1提供使能信号控制半导体激光器(LD)供电系统2.2、声光Q开关驱动系统2.3，使两者为激光谐振装置提供供电。所述的激光晶体2.6为低浓度掺杂的Nd:YAG晶体、Nd:YVO4、Nd:GdVO4或Nd:YLF晶体，所述激光晶体两端镀有激光波长的增透膜，该激光晶体的荧光寿命为100um，也就是该晶体上能级存储能量最大值需要的时间为理论值100um。

激光运行开启时，由信号触发源2.1发出信号指令，该信号分成两路，两路信号在时间上是同步的，其中一路进入半导体激光器(LD)供电系统2.2，同时另一路进入声光Q开关驱动系统2.3。进入半导体激光器(LD)供电系统2.2的信号使令其开始为半导体激光器2.4供电，使得半导体激光器2.4发光，而作为激光晶体2.6的泵浦源的半导体激光器2.4发出的泵浦光通过激光谐振腔全反镜片2.5聚焦后从激光晶体2.6的端面进入激光晶体，激光晶体2.6吸收泵浦光能量，产生粒子数反转，其上能级存储能量；与此同时进声光Q开关驱动系统2.3的另一路同步信号使令声光Q开关驱动系统2.3开始运行，声光Q开关驱动系统2.3启动，使得声光Q开关2.7开始工作，处于激光谐振腔内部的声光Q开关2.7工作产生效果为阻碍激光谐振腔内的激光谐振，而使得激光无法输出激光。在两路同步信号启动约100um时激光晶体2.6上能级存储能量最高，此时关闭信号触发源2.1上的使能信号，半导体激光器2.4供电结束，同时阻碍激光谐振腔内激光运行的声光Q开关上的控制信号也关掉，激光在谐振腔内开始谐振运行，并通过激光谐振腔输出镜片2.8输出高峰值功率的激光脉冲，完成了激光的一次输出，待下一个信号的产生，如此循环往复。在每一次系统运行的周期间隔内，声光Q开关驱动系统2.3和半导体激光器(LD)供电系统2.2是不工作的，如此激光器为频率为20HZ输出的激光器，其每一个周期时间为0.05s，每一个周期中工作时间仅仅为100us，其工作占空比仅为0.2％而传统的准连续激光器，半导体激光器和声光Q开关在一个周期内工作是连续的。由此可见在同样激光能量输出的情况下，本实用新型中的激光装置的发热量仅仅传统激光器发热量的0.2％，此方案大大减小了激光装置在低重频情况下运行的多余发热。

优选地，所述激光晶体通光端面镀有基频激光的增透膜。

优选地，所述声光Q开关的通光晶体的两端镀有基频波长的增透膜。

优选地，所述信号触发源发出的使能信号为方波信号。

优选地，所述半导体激光器(LD)供电系统为半导体激光器(LD)提供的供电是脉冲输出的。

优选地，半导体激光器(LD)供电系统和声光Q开关驱动系统的输出是靠信号触发源发出的信号控制的。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可对本本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应当涵盖本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，包括信号触发源、半导体激光器(LD)供电系统、声光Q开关驱动系统、半导体激光器、激光晶体、声光Q开关、激光谐振腔全反镜片、激光谐振腔输出镜片，其特征在于：所述信号触发源、半导体激光器(LD)供电系统和半导体激光器依次串联；同时所述信号触发源、声光Q开关驱动系统和声光Q开关依次串联；所述激光谐振腔全反镜片、所述激光晶体、所述声光Q开关和所述激光谐振腔输出镜片依次串联在一条直线上，与作为泵浦源的所述半导体激光器共同构成激光谐振装置；所述信号触发源提供使能信号控制所述半导体激光器供电系统、声光Q开关驱动系统，使两者为所述激光谐振装置提供供电。

2.如权利要求1所述的低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，所述激光谐振装置为侧面泵浦结构，其特征在于，作为所述激光晶体的泵浦源的所述半导体激光器发出的泵浦光由所述激光晶体的侧面进入所述激光晶体。

3.如权利要求1所述的低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，所述激光谐振装置为端面泵浦结构，其特征在于，作为所述激光晶体的泵浦源的所述半导体激光器发出的泵浦光通过所述激光谐振腔全反镜片聚焦后从所述激光晶体的端面进入所述激光晶体。

4.根据权利要求1-3任一项所述的低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于，所述激光晶体为低浓度掺杂的Nd:YAG晶体、Nd:YVO4、Nd:GdVO4或Nd:YLF晶体，所述激光晶体两端镀有激光波长的增透膜。

5.根据权利要求4所述的低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于，所述激光晶体通光端面镀有基频激光的增透膜。

6.根据权利要求1-3任一项所述的低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于：所述声光Q开关的通光晶体的两端镀有基频波长的增透膜。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于所述的：信号触发源发出的使能信号为方波信号。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于：信号触发源发出的使能信号为两路同步信号。

9.根据权利要求1-3任一项所述的一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于：半导体激光器(LD)供电系统为半导体激光器提供的供电是脉冲输出的。

10.根据权利要求8所述的一种低发热量的传导冷却的脉冲输出声光调Q全固态激光装置，其特征在于：半导体激光器(LD)供电系统和声光Q开关驱动系统的输出是靠信号触发源发出的信号控制的。