CN204230622U - 高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块 - Google Patents
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Abstract
高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其包括：玻璃管（1）、装设在所述玻璃管中的Nd:YAG激光棒（2）、沿着玻璃管圆周等分的排列有用于泵浦Nd:YAG激光棒（2）的激光二极管线阵列（3）以及反射镜（4）。激光模块（9）由两端的固定板（5）、上部的模块外壳（6）以及底部的模块底板（7）进行封装。本实用新型，采用885nm半导体激光二极管线阵列泵浦Nd:YAG晶体棒，相比于808nm泵浦激光模块，有效减小热载近30%，从而有效减小激光模块热光效应，对泵浦光采用双程有效吸收，并增大Nd:YAG激光棒掺杂浓度，实现高功率、高电光效率激光输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，属于固体激光技术领域，具体为激光模块领域。
背景技术
目前用于工业加工的高功率全固态激光器一般由几个激光模块串联构成，通过谐振或者谐振放大的方式实现高功率输出，具有结构简单，容易实现等优点。基于该类激光器的加工装备广泛应用于汽车、铁路、船舶、冶金、石化、国防以及航空航天等领域。激光模块通常为泵浦源（激光二极管）与工作物质（晶体棒）的集成体，是激光器的核心部件。然而激光器获得高功率、高光束质量输出受限于热光效应，虽然采用不同的泵浦结构与增益介质形状可减小热光效应。减少热管效应的非常有效途径之一是采用同能带泵浦方法减小量子亏损。采用808nm激光二极管泵浦Nd:YAG激光晶体输出1064nm激光时，量子亏损为24%；而采用885nm泵浦时，量子亏损为17%，从而有效减小热载近30%。而目前商用Nd:YAG激光模块均采用808nm泵浦，未见有885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块报道。另一方面采用885nm直接泵浦基态粒子至激光上能级，使得量子效率接近于1，从而提高激光输出斜效率。采用885nm激光二极管端面泵浦 Nd:YAG激光棒获得高功率、高效率1064nm激光输出已有相关报道（R. Lavi, S. Jackel, A. Tal, E. Lebiush, Y. Tzuk, S. Goldring, Opt. Commun., 195, 5–6, 427–430 (2001) ；Maik Frede, Ralf Wilhelm, and Dietmar Kracht, Opt. Lett. 31, 3618-3619 (2006)；Fang-Qin, Li, et al. Chinese Physics Letters 26.11，114206(2009)），但是由于Nd:YAG激光晶体在885nm处吸收系数较808处小，端面泵浦结构可增加激光棒的长度，而侧面泵浦需要解决泵浦光吸收效率低的难题。本实用新型采用对885nm激光二极管线阵侧面泵浦光通过反射镜两次通过激光棒与增大激光棒掺杂浓度来提高泵浦光吸收效率，实现高功率、高电光效率激光输出。
实用新型内容
为了有效减小激光模块的热光效应，本实用新型的目的在于提供高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，实现高功率输出。
为了实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，包括玻璃管、所述的玻璃管中装设有Nd:YAG激光棒、沿着玻璃管圆周等分的排列有用于泵浦Nd:YAG激光棒的激光二极管线阵列以及反射镜，形成激光模块。
所述的激光模块由两端的固定板、上部的模块外壳以及底部的模块底板进行封装。
所述玻璃管、Nd:YAG激光棒结合O型橡胶圈与模块端面固定结构形成水密封结构，在玻璃管中通入水以冷却Nd:YAG激光棒。
所述激光模块由模块端面固定结构、模块外壳以及模块底板形成尘密封结构。
所述的激光棒与激光二极管线阵列并联通水冷却：Nd：YAG激光棒采用在玻璃管中通水表面冷却；激光二极管线阵列采用宏通道热沉通水冷却。
所述的激光二极管线阵列的激光输出中心波长为885nm，激光线宽小于2.5nm。
所述的Nd：YAG激光棒为单晶、陶瓷或纳米材料，Nd：YAG激光棒掺杂浓度大于等于1 at.%。
所述的反射镜为平面镜或者平-凹柱镜，反射镜镀885nm高反膜，其反射率R>95%。
所述玻璃管镀885nm高透膜，其透过率T>99%。
所述的激光二极管线阵列数量为奇数，并与反射镜数量相同。
本实用新型，采用885nm半导体激光二极管线阵列泵浦Nd:YAG晶体棒，相比于808nm泵浦激光模块，有效减小热载近30%，从而有效减小激光模块热光效应，对泵浦光采用双程有效吸收，并增大Nd:YAG激光棒掺杂浓度，实现高功率、高电光效率激光输出。
附图说明
图1是本实用新型的激光模块横剖面示意图。
图2是本实用新型的激光模块纵剖面示意图。
图3是本实用新型的激光模块封装示意图。
图4是本实用新型实施例激光模块测试平平谐振腔示意图。
图5是实施例激光模块测试输入电流-输出功率曲线。
其中 1-玻璃管，2-Nd:YAG激光棒，3-激光二极管线阵列，4-反射镜，5-模块端面固定板，6-模块外壳，7-模块底板，8-1064nm高反镜，9-激光模块，10-输出镜。
具体实施方式
由图1、图2知，高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，包括玻璃管1、装设在所述玻璃管1中的Nd:YAG激光棒2、沿着玻璃管圆周等分的排列有用于泵浦Nd:YAG激光棒2的激光二极管线阵列3以及反射镜4；形成激光模块9。
由图3知，是本实用新型的激光模块封装示意图。所述的激光模块9由两端的固定板5、上部的模块外壳6以及底部的模块底板7进行封装。玻璃管1、Nd:YAG激光棒2结合O型橡胶圈与模块端面固定板5形成水密封结构。激光模块9由模块端面固定板5、模块外壳6以及模块底板7形成尘密封结构。
在本实施例中，所述玻璃管1直径为10mm，长度为168mm。表面镀885nm高透膜，透过率大于99.8%。确定Nd:YAG激光棒2为单晶，直径为6mm，长度为188mm。掺杂浓度为1at.%，对885nm激光最大吸收系数为1.8cm-1。激光二极管线阵列3输出中心波长为885nm（25℃），线宽小于2.5nm，最大输出功率为400W，泵浦电流为37A。采用相对于激光棒3维对称泵浦方式。所述反射镜4为平-凹柱面镜，凹面反射泵浦光，镀885nm高反膜，反射率大于99.8%。反射镜使得反射的泵浦光快轴焦点位于晶体棒中心。所述激光棒2与激光二极管线阵列3并联通水冷却。总流量为40L/min。
由图4知，是本实用新型实施例激光模块测试平平谐振腔示意图。谐振腔由高反镜8与输出镜10组成，均为平面镜。激光模块9提供增益介质与泵浦源，并且与高反镜8、输出镜10距离相等。
由图5知，是本实施例激光模块测试输入电流-输出功率曲线。搭建平平对称腔测试输出功率，谐振腔长600mm，输出镜10的透过率为20%。最大泵浦电流37A，输出激光功率为650W，电光效率为20.1%。相比于本公司的808nm泵浦激光模块，具有小的热光效应，更高的电光效率，从而获得更高的输出功率。
Claims (10)
1.高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，包括玻璃管（1）、所述的玻璃管中装有Nd:YAG激光棒（2）、沿着玻璃管（1）圆周等分的排列有用于泵浦Nd:YAG激光棒（2）的激光二极管线阵列（3）以及反射镜（4）；形成激光模块（9）。
2.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述的激光模块由两端的固定板（5）、上部的模块外壳（6）以及底部的模块底板（7）进行封装。
3.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述玻璃管（1）、激光棒（2）结合O型橡胶圈与模块端面固定板（5）形成水密封结构，在玻璃管（1）中通入水以冷却Nd:YAG激光棒（2）。
4.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述激光模块由模块端面固定结构（5）、模块外壳（6）以及模块底板（7）形成尘密封结构。
5.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述的激光棒（2）与激光二极管线阵列（3）并联通水冷却：Nd：YAG激光棒（2）采用在玻璃管中通水表面冷却；激光二极管线阵列（3）采用宏通道热沉通水冷却。
6.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述的激光二极管线阵列（3）的激光输出中心波长为885nm，激光线宽小于2.5nm。
7.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述的Nd：YAG激光棒（2）为单晶、陶瓷或纳米材料，Nd：YAG激光棒（2）掺杂浓度大于等于1 at.%。
8. 根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述的反射镜（4）为平面镜或者平-凹柱镜，反射镜（4）镀885nm高反膜，其反射率R>95%。
9.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于：所述玻璃管（1）镀885nm高透膜，其透过率T>99%。
10.根据权利要求1所述的高功率885nm激光二极管侧泵Nd:YAG激光模块，其特征在于，所述的激光二极管线阵列（3）数量为奇数，并与反射镜（4）数量相同。
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