CN2891410Y - 采用透镜导管耦合的固体板条激光器 - Google Patents

Abstract

一种采用透镜导管耦合的固体板条激光器。激光介质为长方体的薄片激光固体板条。采用实心透镜导管把激光二极管阵列输出的泵浦光耦合到激光介质上。泵浦光经透镜导管由激光固体板条的侧面进入激光固体板条，并经板条的两个大面全反射，由板条吸收。激光固体板条由上下两个大面使用通水热沉散热。激光谐振腔采用平平腔。本实用新型激光器具有结构紧凑、耦合效率高、散热效果好、激光输出功率大和光束质量高的特点。

Description

采用透镜导管耦合的固体板条激光器

技术领域

本实用新型涉及全固态固体激光器件，具体涉及一种采用透镜导管耦合的固体板条激光器，泵浦源为大功率激光二极管阵列(LD)。

背景技术

20世纪80年代后期，随着激光二极管技术的重大突破，固体激光器得到强劲的发展势头，其应用领域不断地扩展。其中最为重要的是用激光二极管和激光二极管阵列泵浦固体激光器技术的发展，这是一种高效率、长寿命、光束质量高、结构紧凑小型化的新型固体激光器。目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

大功率激光二极管阵列其实是多个激光二极管在一维或二维上的规则排列，一般二维阵列为矩形。侧面泵浦是指泵浦光从侧面泵浦激光介质，它从泵浦光与激光介质的交叠方式区别于端面泵浦。侧面泵浦可以提供较大的泵浦功率密度，可以通过增加侧面泵浦激光二极管的密度或者增加泵浦长度很容易的增加泵浦功率。侧面泵浦是激光介质位于激光器中间，端面镀膜。激光二极管泵浦的固体激光器有着比氙灯泵浦的固体激光器工作稳定、光束质量好、效率更高、重复频率高和结构更紧凑的特点。由于激光二极管发出的光具有很大的发散角，而且单位面积上的发光强度有时不能满足大功率固体激光器的要求，侧面泵浦时，需对其进行准直和汇聚。国内主要采用透镜组、柱透镜组、直接泵浦等耦合方式，存在结构复杂、效率不高、泵浦不均匀等缺点。

发明内容

本实用新型为了克服上述在先技术的不足，提供一种采用透镜导管耦合的固体板条激光器，该激光器应具有结构紧凑、耦合效率高、散热方便、能够获得大功率和好的光束质量的特点。

本实用新型的技术解决方案是：

一种采用透镜导管耦合的固体板条激光器，其特征在于它包括板条状激光介质及其前后设置的前腔镜和后腔镜，所述的后腔镜和前腔镜平行放置，并与所述的板条状激光介质的板条端面平行，在所述的板条状激光介质的上下两个大面设有第一激光介质冷却热沉和第二激光介质冷却热沉，在所述的板条状激光介质的两侧面设置有第一激光二极管阵列和第二激光二极管阵列，在所述的板条状激光介质和第一激光二极管阵列、第二激光二极管阵列之间分别是第一透镜导管和第二透镜导管，在所述的第一激光二极管阵列和第二激光二极管阵列外分别贴设第一激光二极管阵列冷却热沉和第二激光二极管阵列冷却热沉，所述的第一激光二极管阵列和第二激光二极管阵列发出的泵浦光分别经第一透镜导管和第二透镜导管整形压缩后照射在板条状激光介质板条的侧面上。

所述的第一透镜导管和第二透镜导管的形状为一扇形柱体，靠第一激光二极管阵列和第二激光二极管阵列的一面为一个柱形曲面，而靠板条状激光介质侧面的一面为一个矩形面。

所述的板条状激光介质的上下两个大面镀SiO₂膜，或者用光胶的方法固定两片等面积的薄石英激光介质，以实现泵浦光在两个大面的内全反射。

所述的板条状激光介质的长l与宽w之比为1.5∶1～10∶1，宽w与厚d之比为10∶1～1∶1。

所述的激光介质为激光晶体或激光玻璃。

放置在激光二极管阵列冷却热沉上的激光二极管阵列发出的泵浦光经耦合元件透镜导管整形压缩后照射在板条的侧面上。泵浦光在板条内经上下两个大面全反射被板条状激光介质吸收。透镜导管的形状为一扇形的柱体，激光二极管发出的泵浦光进入透镜导管的面为一个柱形曲面，泵浦光输出透镜导管的面为一个矩形面。通过透镜导管把发光面积大于板条侧面积的泵浦光耦合到板条状激光介质的侧面，实现对称的双侧泵浦。

所述的固体板条激光器为平平腔，由于泵浦功率比较高，也可以使用其他的非稳腔，比如正支或负支非稳腔，以便有较大的模式体积，更好的提取翻转粒子数。

本实用新型具有以下优点：

1、由于采用实心透镜导管作为侧面泵浦耦合系统，可以使激光器具有更大的耦合效率，提高了泵浦功率，使激光介质上的泵浦光更加均匀。可以使激光器设计简单，结构紧凑。可以使用更多的激光二极管阵列，得到更高的输出功率。

2、激光介质采用长方薄板条结构，在次大面泵浦，使得泵浦光能充分被吸收，提高了泵浦效率，在最大面使用两个热沉冷却，冷却彻底，减小了热效应。

3、由于采用非稳腔结构，增益介质的体积得到充分的利用，在获得大的输出功率的同时有着较好的光束质量。

以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步的说明。

附图说明

图1本实用新型激光器较佳实施例的整体结构的俯视图(除去激光介质热沉)。

图2为本实用新型激光器较佳实施例的侧视剖面图A-A’。

图3本本实用新型激光器较佳实施例的前视剖面图B-B’。

具体实施方式

先请参阅由图1、图2和图3，由图可见，本实用新型采用透镜导管耦合的固体板条激光器，包括板条状激光介质1及其前后设置前腔镜3和后腔镜2，所述的后腔镜2和前腔镜3平行放置，并与所述的板条状激光介质1的板条端面平行，在所述的板条状激光介质1的上下两个大面设有第一激光介质冷却热沉8和第二激光介质冷却热沉9，在所述的板条状激光介质1的两侧面设置有第一激光二极管阵列6和第二激光二极管阵列7，在所述的板条状激光介质1和第一激光二极管阵列6、第二激光二极管阵列7之间分别是第一透镜导管4和第二透镜导管5，在所述的第一激光二极管阵列6和第二激光二极管阵列7外分别贴设第一激光二极管阵列冷却热沉10和第二激光二极管阵列冷却热沉11，所述的第一激光二极管阵列6和第二激光二极管阵列7发出的泵浦光分别经第一透镜导管4和第二透镜导管5整形压缩后照射在板条状激光介质1板条的侧面上。

所述的第一透镜导管4和第二透镜导管5靠第一激光二极管阵列6和第二激光二极管阵列7的一面为一个柱形曲面，而靠板条状激光介质1侧面的一面为一个矩形面，请参见图2。

所述的板条状激光介质)的两个大面镀SiO₂膜，或者用光胶的方法固定两片等面积的薄石英激光介质，以实现泵浦光在两个大面的内全反射。

所述的板条状激光介质1的长l与宽w之比为1.5∶1～10∶1，宽w与厚d之比为10∶1～1∶1。

所述的激光二极管阵列为二维激光二极管阵列。

通过第一透镜导管4和第二透镜导管5把发光面积远大于板条状激光介质1的板条侧面积的泵浦光耦合到板条状激光介质1的侧面，实现对称的双侧泵浦。

本实施例的固体板条激光器为平平腔，由于泵浦功率比较高，也可以使用其他的非稳腔，比如正支或负支非稳腔，以便有较大的模式体积，更好的提取翻转粒子数。

下面为此实施例的具体参数：

激光介质1为Nd:GGG激光介质，具体尺寸为长l＝20mm、宽w＝10mm、厚d＝2mm，大面镀SiO₂膜，厚度为2-3个LD发出的泵浦光波长，侧面镀808nm的增透膜，端面镀1064nm的增透膜。在激光介质的上下为两块铜热沉，热沉的前视和侧视截面为凸字形，突起部分大小与激光介质大面相同，热沉中间做成微通道，通水冷却。

固定在热沉上的两个激光二极管阵列的发光面为矩形，每个阵列有10个bar组成，在激光器输出激光的方向长度为16mm，发散角为30°，在垂直于激光器输出激光的方向长度为10mm，发散角为10°，发光波长808nm。为脉冲工作方式，每组平均功率为200W。

在激光二极管阵列之间为耦合系统：实心透镜导管，透镜导管经过严格的设计和计算机模拟，取使耦合效率最大的参数，如图1所示，透镜导管的形状为端面为一扇型的柱体，激光二极管阵列发出的泵浦光进入透镜导管的面为一个柱形曲面，曲率为12mm。此面的长宽分别为20mm和14mm，泵浦光输出透镜导管的面为一个矩形面，长宽分别为20mm和1.8mm，这两个面之间的最大距离为30.3mm，理论耦合效率接近为89％，实际耦合效率也接近80％。激光二极管阵列和透镜导管，透镜导管和激光介质之间均尽可能接近，距离小于1mm。

前后腔镜都为平面镜，后腔镜镀对1064nm的全反射膜，反射率大于99.8％，前腔镜为输出镜，镀对1064nm的透射率为20％的透射膜。

综上所述，本实用新型本实用新型激光器具有结构紧凑、耦合效率高、散热效果好、激光输出功率大和光束质量高的特点。

Claims (6)

1、一种采用透镜导管耦合的固体板条激光器，其特征在于它包括板条状激光介质(1)及其前后设置前腔镜(3)和后腔镜(2)，后腔镜(2)和前腔镜(3)平行放置并与所述的板条状激光介质(1)的端面平行，在所述的板条状激光介质(1)的上下两个大面设有第一激光介质冷却热沉(8)和第二激光介质冷却热沉(9)，在所述的板条状激光介质(1)的两侧面分别设有第一激光二极管阵列(6)和第二激光二极管阵列(7)，在所述的板条状激光介质(1)和第一激光二极管阵列(6)及第二激光二极管阵列(7)之间分别是第一透镜导管(4)和第二透镜导管(5)，在所述的第一激光二极管阵列(6)和第二激光二极管阵列(7)外分别贴设第一激光二极管阵列冷却热沉(10)和第二激光二极管阵列冷却热沉(11)，所述的第一激光二极管阵列(6)和第二激光二极管阵列(7)发出的泵浦光分别经第一透镜导管(4)和第二透镜导管(5)整形压缩后照射在板条状激光介质(1)板条的侧面上。

2、根据权利要求1所述的固体板条激光器，其特征在于所述的第一透镜导管(4)和第二透镜导管(5)为扇形柱体，靠第一激光二极管阵列(6)和第二激光二极管阵列(7)的一面为一个柱形曲面，而靠板条状激光介质(1)侧面的一面为一个矩形面。

3、根据权利要求1所述的固体板条激光器，其特征在于所述的板条状激光介质(1)的两个大面镀SiO₂膜，或者用光胶的方法固定两片等面积的薄石英激光介质，以实现泵浦光在两个大面的内全反射。

4、根据权利要求1所述的固体板条激光器，其特征在于所述的板条状激光介质(1)的长l与宽w之比为1.5∶1～10∶1，宽w与厚d之比为10∶1～1∶1。

5、根据权利要求1所述的固体板条激光器，其特征是所述的激光介质(1)为激光晶体或激光玻璃。

6、根据权利要求1至5任一项所述的固体板条激光器，其特征是所述的固体板条激光器为平平腔，或正支或负支非稳腔。

Images