CN2569374Y

CN2569374Y - 具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置

Info

Publication number: CN2569374Y
Application number: CN 02243228
Authority: CN
Inventors: 李瑞宁; 许祖彦; 林学春; 崔大复; 毕勇; 王桂玲; 姚爱云; 冯衍; 汪家升; 张鸿博; 张�杰; 巩华荣; 徐贵昌
Original assignee: Institute of Physics of CAS
Current assignee: Institute of Physics of CAS
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2012-07-22

Abstract

本实用新型涉及一种具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置。它沉，其中泵光源设置在入射光谐振腔镜前方，非线性光学晶体、激光晶体设置在激光器谐振腔内的光路上，其光学元件通过光具座固定在光学平台上；其特征是：所述的激光晶体是一薄片，并用导热胶粘在热沉上。该装置采用薄片激光晶体粘在热沉上进行散热，克服了原有技术中难于散热的缺点，使其功率输出可达几十瓦到几百瓦，实现了高效、大功率的蓝光输出，并且该装置结构简单，适于工业大规模生产。

Description

具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置

技术领域

本实用新型涉及一种激光器，特别是涉及一种具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置。

背景技术

通常利用Nd离子准三能级倍频输出蓝光，都是利用块状激光晶体Nd：YAG或Nd：YVO₄的946nm或914nm的谱线倍频产生蓝光。由于Nd：YAG或Nd：YVO₄的946nm或914nm跃迁属于准三能级系统。激光下能级存在波耳兹曼粒子数分布，激光下能级粒子数随温度升高而急剧增加，使得实现粒子数翻转困难，所以说传统蓝光激光器对散热提出了很高的要求。传统激光器里的块状激光晶体因其通光长度较长难以散热因而很难输出大功率蓝光。例如P.Zeller等人2000年1月在Optics Letters上发表了“Eficient，multiwatt，continuous-wave laser operation on the ⁴F_3/2-⁴F_9/2 transitions of Nd：YVO₄ andNd：YAG”中采用三明治结构的激光晶体，它的中心是一块Nd：YAG，两边都是白YAG，三块晶体光胶在一起以加强散热功效，整个晶体放在制冷器里制冷。输出的蓝光(473nm)仅为1.5W，大大地限制了工业和国防上的应用。

利用半导体激光器(LD)泵浦固体增益介质，开发的高效率、具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置件具有结构紧凑、寿命长、效率高等优点，可应用于工业、科研、医疗、军事、显示等领域，近年来成为激光领域最为活跃且最具前景的方向之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服传统蓝光激光器里的块状激光晶体因其通光长度较长而难以散热，使得激光很难输出大功率的缺点；本发提供一种明采用0.1mm至0.5mm厚的薄片激光晶体，与高效散热功能的热沉黏结成一体，进行散热使得激光晶体的温度降低，粒子数翻转容易实现的、可获得大功率的457nm、473nm波长的激光输出的广泛应用于军事、科研、娱乐、医疗等领域的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的一种具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，包括N块谐振腔镜组成的激光器谐振腔、泵光源、N块非线性光学晶体、激光晶体和热沉，其中泵光源设置在入射光谐振腔镜前方，非线性光学晶体、激光晶体设置在激光器谐振腔内的光路上，其光学元件通过光具座固定在光学平台上；其特征是：所述的激光晶体是一薄片，并用导热胶粘在热沉上。

泵光经过作为入射光(第一块)谐振腔镜后泵浦激光晶体，在激光晶体的下表面被反射，再次经过并泵浦激光晶体，剩余的泵光到达第二块谐振腔镜后又一次被反射到激光晶体上对激光晶体进行泵浦，同样在激光晶体的下表面被反射并泵浦激光晶体，这样，泵光已经四次经过并泵浦了激光晶体。剩余的泵光在到达谐振腔镜第三块时被原路反射回来，对激光晶体再度经过并泵浦四次，这样，整个泵浦过程中，激光晶体被泵浦八次。调节谐振腔镜使基频光起振，调节非线性光学晶体使倍频光起振，这样在谐振腔镜后面就输出大功率蓝光。

还包括一耦合部件；其中耦合部件安置在泵光后面，将泵光耦合后经过谐振腔镜对激光晶体进行泵浦；由谐振腔镜组成的激光器光路上安置激光晶体和非线性光学晶体。

还包括在非线性光学晶体和第三块谐振腔镜之间设置一Q开关。

所述的N块激光器谐振腔镜至少为三块，或三以上，谐振腔镜可以是平镜、平凹镜、平凸镜、光栅、法布里-珀罗标准具。

所述的薄片形激光晶体可以是掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)，也可以是掺钕钒酸钇(Nd：YVO₄)。

所述的薄片形激光晶体的厚度在0.1mm至0.5mm之间。

所述的薄片形激光晶体可以是矩形、圆形也可以是其它任何形状。

所述的薄片形激光晶体为N块，即可以是一块，也可以是一块以上黏结在同一热沉上。

所述的耦合部件可以是自聚焦透镜、耦合透镜组、透镜。

所述的热沉是金属块，如无氧铜或紫铜；热沉的一个面，即被用来粘住激光晶体的面抛光成镜面；另一个面带有水冷结构或具有半导体制冷片。

所述的非线性光学晶体可以是三硼酸锂(LBO)、偏硼酸钡(BBO)或钛氧磷酸钾(KTP)。

所述的泵浦光与基频光可以是重合的，也可以是不重合的。

当半导体激光器做泵浦光源时泵浦Nd：YAG激光晶体产生946nm的荧光，调节谐振腔镜使之在腔内起振，再用非线性光学晶体作倍频晶体，就可输出473nm的蓝光。

本发明的优越性：本发明的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置由泵光、热沉、谐振腔镜、激光晶体和非线性光学晶体组成；其中激光晶体采用是一薄片形的，并用导热胶粘在热沉上，这样使得激光晶体的始终保持较低的温度，又由于还包括一个耦合部件，将泵光耦合后泵浦激光晶体，多个谐振腔镜组成的谐振腔内的光路上安置激光晶体和非线性光学晶体。泵光被耦合部件耦合后经过谐振腔镜对激光晶体Nd：YAG进行泵浦，产生的946nm的基频光在腔内进行振荡，并被激光晶体倍频产生473nm的激光，这样就达到了大功率蓝光输出。本发明采用薄片激光晶体粘在热沉上，大大加强了散热功效，而且多通泵浦又相当于增加了激光晶体的厚度。为蓝光的大功率输出提供了一种广阔的前景。

本发明提供的一种具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置采用三个或多个腔镜组成多通泵浦光路，克服了原有技术难于散热的缺点，其功率可达几十瓦至几百瓦，实现了高效、大功率的蓝光输出，广泛适用于连续波、准连续波，为高效率的多通泵浦和倍频技术实用化开辟了广阔的前景，可广泛应用于军事、科研、娱乐、医疗等领域。并且本发明提供的激光器结构简单，适于工业生产。

附图说明：

图1是本发明激光器的结构示意图

图2是本发明连续波输出的蓝光激光器的光路图

图3是本发明连续波输出的蓝光激光器的另一光路图

图4是本发明准连续波输出的蓝光激光器的光路图

图面说明：

1，4，5，12-激光器谐振腔镜； 2-耦合部件；

3-泵光； 6-非线性光学晶体；

7，9，11-激光晶体； 8-热沉；

10-Q开关；

具体实施方式

实施例1

按照图2的光路制作一台具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，腔镜1、4选用平凹镜，凹面镀946nm、473nm的高反膜；腔镜5选用平镜，与激光晶体相对的一面镀946nm的高反膜和473nm的高透膜；两块激光晶体7、9选用Nd离子掺杂浓度为1.0％的Nd：YAG，尺寸为Φ6×厚0.3mm薄片，并将其粘在热沉8上，该激光晶体薄片7、9粘在热沉8上的一面镀946nm、808nm、473nm的高反膜，另一面镀808nm的高透膜；一块热沉8选用30×30×30mm³的紫铜块，该热沉8被用来粘住激光晶体的一面抛光成镜面，另一面具有通循环水的结构，将其与循环水管连通制冷；用导热胶将两块激光晶体分别粘在一块热沉8上，一块非线性光学晶体6选用BBO晶体，BBO的切割角为θ＝25°，放在激光晶体7和谐振腔镜5之间，将946nm波长的激光倍频成为473nm的蓝光；半导体激光器(LD)作为泵光源3安置在激光晶体7和9的后面从端面进行泵浦。

调节谐振腔镜1、4和5，激光晶体7、9被半导体激光器3泵浦后，产生946nm的荧光由1、4、5组成的谐振腔内振荡，经过非线性光学晶体6时被倍频成473nm的蓝光。调节非线性光学晶体6使473nm的激光产生，则在谐振腔镜5处输出473nm的连续波蓝光。

实施例2：

按图3的光路图建造一台具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置输出连续蓝光，腔镜1选用平凹镜，其凹面镀上914nm、457nm全反膜和808nm的增透膜，另一面镀808nm的增透膜，腔镜4和12选用平凹镜，该平凹镜的凹面镀上914nm、808nm和457nm的全反膜；腔镜5选用平凹镜，该平凹镜的凹面镀上914nm和808nm的全反膜和457nm的高透膜；三块激光晶体7、9、11选用Nd离子掺杂浓度为0.5％的Nd：YVO₄，尺寸为Φ6×厚0.3mm薄片，粘在热沉8的一面镀914nm、808nm、457nm的高反膜，另一面镀808nm的高透膜；一块热沉8选用30×30×30mm³的无氧铜块，用来黏结激光晶体的一面抛光成镜面，另一面有一半导体制冷片组成一体进行冷却；一块非线性光学晶体6选用LBO晶体，该LBO的切割角为θ＝90°，Φ＝21.7°，设置在激光晶体7和谐振腔镜5之间，将914nm波长的激光倍频成为457nm的蓝光；一个耦合部件2选用1/4节距的自聚焦棒，将半导体激光器(LD)的光聚焦；半导体激光器LD作为泵光3安置在自聚焦棒2的后面，被聚焦后对激光晶体9从端面进行泵浦，剩余泵光被反射后被谐振腔镜4再次聚焦并对激光晶体11进行泵浦，剩余的泵光在到达谐振腔镜12时被，出射后的泵光被谐振腔镜5再次聚焦并反射回来又一次泵浦激光晶体7，同样，剩余泵光将在返回时六次经过激光晶体，整个过程中激光晶体被泵光通过12次，这样相当激光晶体的厚度增加了12倍。

调节谐振腔镜1、4、5和12使914nm的荧光起振，则在布氏角棱镜9处输出457nm的连续波蓝光。

实施例3：

按图4的光路建造一台具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置输出准连续波蓝光，光路和热沉与实施例2相同，只是将激光晶体由两块合并为一块，并在非线性光学晶体6和谐振腔镜5之间放一Q开关。

调节谐振腔镜1、4和5使914nm的荧光起振，则在谐振腔镜5处输出457nm的准连续波蓝光。

Claims

1.一种具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，包括N块谐振腔镜组成的激光器谐振腔、泵光源、N块非线性光学晶体、激光晶体和热沉，其中泵光源设置在入射光谐振腔镜前方，非线性光学晶体、激光晶体设置在激光器谐振腔内的光路上，其光学元件通过光具座固定在光学平台上；其特征是：所述的激光晶体是一薄片，并用导热胶粘在热沉上。

2.按权利要求1所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：所述的N块非线性光学晶体的N是为一块或一块以上。

3.按权利要求1所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：所述的薄片形激光晶体的厚度在0.1mm至0.5mm之间；其形状包括矩形、圆形或它任何形状。

4.按权利要求1所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：所述的激光器谐振腔镜包括三块或三块以上；该激光器谐振腔镜可以是平镜、平凹镜、平凸镜、光栅、法布里-珀罗标准具。

5.按权利要求1所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：所述的热沉包括具有水冷结构冷却的金属块或具有半导体制冷片冷却的金属块。

6.按权利要求1至5中任一项所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：还包括在非线性光学晶体和第三块谐振腔镜之间设置一Q开关。

7.按权利要求1至5中任一项所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：还包括耦合部件；该耦合部件安置在泵光与作为入射光谐振腔镜之间的光路上。

8.按权利要求7所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：还包括在非线性光学晶体和第三块谐振腔镜之间设置一Q开关。

9.按权利要求1或2所述的具有散热部件的大功率输出的蓝光激光装置，其特征是：安置在泵光与作为入射光谐振腔镜之间的光路上的耦合部件包括自聚焦透镜、耦合透镜组或透镜。