薄片激光器制造技术

本发明专利技术涉及激光器领域，尤其涉及薄片激光器。本发明专利技术提供的薄片激光器通过设置水箱，并于水箱上设置喷嘴，使得由喷嘴喷出的水呈水柱，利用水柱传输泵浦光，这样，经水柱传输的泵浦光具有分布较为均匀的效果。此外，当水流经所述薄片增益介质上表面时，还能够对薄片增益介质上表面进行冷却，进而带走薄片增益介质上泵浦区域的热量。另外根据不同的泵浦能量，可以通过改变所述水压泵的运转功率，对水流从所述薄片增益介质上表面带走热量的效率进行控制。最终实现减小薄片增益介质内部的温度梯度及热膨胀、降低薄片增益介质的热透镜效应、提高激光器的光束质量及稳定性的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及激光器领域，尤其涉及薄片激光器。本专利技术提供的薄片激光器通过设置水箱，并于水箱上设置喷嘴，使得由喷嘴喷出的水呈水柱，利用水柱传输泵浦光，这样，经水柱传输的泵浦光具有分布较为均匀的效果。此外，当水流经所述薄片增益介质上表面时，还能够对薄片增益介质上表面进行冷却，进而带走薄片增益介质上泵浦区域的热量。另外根据不同的泵浦能量，可以通过改变所述水压泵的运转功率，对水流从所述薄片增益介质上表面带走热量的效率进行控制。最终实现减小薄片增益介质内部的温度梯度及热膨胀、降低薄片增益介质的热透镜效应、提高激光器的光束质量及稳定性的目的。【专利说明】薄片激光器
本专利技术涉及激光器领域，尤其涉及薄片激光器。
技术介绍
全固态激光器（DPSSL，Diode pumped solid state laser)是指以半导体激光器 (LD)作为泵浦源的固体激光器，其增益介质、泵浦源部分均由固体物质构成，因此集中了传 统固体激光器和半导体激光器的优势于一身。其具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可 靠性好、寿命长、易操作、运转灵活(可连续运转、脉冲运转)、易智能化、无污染等优点，是目 前最具发展潜力的激光源之一。 薄片激光器是全固态激光器的一种，自Adolf. Giesen等人1994年首次实现薄片 激光器以来，得到了迅速发展。如图1所示，薄片增益介质1'采用厚度很小而横向尺寸较 大的薄片状材料作为激光的增益介质，将薄片增益介质1'固定在高热导率的微通道冷却 热沉2'上，微通道冷却热沉2'上有冷却液微通道，为薄片增益介质背面提供冷却。由于薄 片增益介质1'的面积较大且厚度较小，因此薄片增益介质1'上的热量可以快速、有效的传 递给微通道冷却热沉2'，再由冷却液带走。一般薄片激光器采用激光二极管泵浦3'，泵浦 光由光纤耦合输出，泵浦光A'方向与薄片增益介质的法线方向呈一定的角度，在空气中传 输后到达薄片增益介质1'。薄片增益介质1'的前表面镀有对激光和泵浦光高透射的高透 射膜，在薄片增益介质1'后表面（即贴紧冷却热沉的面）镀对泵浦光及激光的高反射膜，这 样，泵浦光A'在薄片增益介质Γ表面发生折射并进入薄片增益介质Γ，进入薄片增益介 质1'内的泵浦光A'部分被薄片增益介质Γ吸收。另外部分由薄片增益介质Γ后表面 的高反射膜所反射，再次被薄片增益介质所吸收，仍然未被吸收的泵浦光B'折射进入空气 中。为了保证薄片增益介质1'对泵浦光的吸收效率，在泵浦光的反射方向上放置泵浦光的 全反射镜4'，将未被吸收的泵浦光B'反射回薄片增益介质Γ，使得未被吸收的泵浦光B' 重新进入薄片增益介质1'，从而提高薄片增益介质1'的吸收效率。由于薄片增益介质1' 的后表面(贴紧冷却热沉的面）镀有对激光C'的高反射膜，因此薄片增益介质Γ的后表面 即可作为激光腔的全反射镜，因此只需在薄片介质1'的正前方放置激光输出镜5'即可构 成谐振腔。 由于薄片激光器具有可以高效导出增益介质内的热沉积、减弱增益介质的热透镜 效应等优点，因此可以实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。由于薄片激光器具有 上述优点，因此已广泛应用于国防军事、科学研究、工业生产等各个方面。 由于圆形薄片增益介质产生的激光具有圆对称性，而常用的光学元器件一般都是 圆形，因此能够很好的匹配各种光学元器件，且具有圆对称性的激光束在工业等领域具有 广泛应用，所以薄片激光器增益介质1'形状一般为圆形。 现有的薄片激光器一般采用光纤耦合输出的二极管激光器泵浦。二极管激光经过 光纤耦合输出之后，近似为高斯分布，加载到薄片增益介质的泵浦光能量集中在中心，中心 处能量密度最高，边缘能量密度较弱。而如图1所示的冷却热沉2'仅能够为薄片增益介质 Γ的后表面（即贴紧冷却热沉的面）提供均匀冷却，薄片增益介质Γ的前表面处在空气之 中，只能依靠空气的对流换热进行冷却，冷却效果非常有限。这样会导致薄片增益介质1' 中心处冷却力度不够，使整个薄片增益介质Γ温度分布呈现出中心温度偏高，而边缘温度 偏低的状况，即在薄片增益介质1'上形成由中心到边缘的温度梯度递减的现象，即现有的 薄片激光器存在泵浦光能量密度分布不均匀的现象。 另外，当薄片激光器高功率运转时，泵浦光功率较高，由于中心处功率密度较大， 热量较多，导致中心处温度过高，易导致所以薄片增益介质1'的中心处产生严重的膨胀， 形成类似倒扣的"碗状"变形，对于这种现象，称之为薄片激光器的热透镜效应。在高功率 运行时，薄片增益介质的热透镜效应会影响激光器的输出功率、稳定性及光束质量。当薄片 增益介质膨胀变形超过材料的承受能力，甚至会导致薄片增益介质炸裂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，旨在提供泵浦光能量密度分布均匀且对 薄片增益介质具有良好冷却效果的薄片激光器。 本专利技术是这样实现的，薄片激光器，包括射出泵浦光的泵浦源装置、接收所述泵浦 光并产生激光的薄片增益介质、微通道冷却热沉及激光输出镜，所述薄片增益介质设于微 通道冷却热沉上侧，所述泵浦源装置与所述薄片增益介质之间设有注有水的水箱及连接所 述水箱且为水箱供水的水压泵，所述水箱上表面开设有第一开口，所述水箱下表面开设有 与所述第一开口相对设置的第二开口，所述泵浦源装置射出的泵浦光穿过所述第一开口进 入所述水箱内并聚焦于所述第二开口处，所述第二开口处设有使第二开口喷出水柱的喷 嘴，所述薄片增益介质承接所述水柱且与所述水柱的夹角呈锐角设置，所述薄片增益介质 下表面设有对泵浦光和激光反射率高的反射膜，所述激光输出镜设于所述薄片增益介质上 侧且所述激光输出镜与所述薄片增益介质相互平行。 具体地，所述泵浦源装置包括泵浦源、光纤、扩束器及聚焦镜，所述光纤两端分别 连接所述泵浦源和扩束器，所述扩束器、聚焦镜及所述水箱之间的位置关系满足所述泵浦 源射出的泵浦光经所述扩束器扩束及所述聚焦镜聚焦，聚焦光束经过所述第一开口进入所 述水箱内其焦点位于所述第二开口处的所述喷嘴中心。 具体地，所述第一开口处设置采用由泵浦光高透射材料制成的透明板。 具体地，所述喷口朝向所述所述薄片增益介质中心。 具体地，所述激光输出镜中心正对所述薄片增益介质中心。 具体地，所述水柱由坚直方向喷出。 具体地，薄片激光器该还包括泵浦光反射镜，所述反射镜设置于所述薄片增益介 质上侧并反射由所述薄片增益介质射出的浦泵光。 具体地，所述透明板上表面设有便于泵浦光通过的第一透射膜。 具体地，所述薄片增益介质上表面设有便于泵浦光和激光通过的第二透射膜。 具体地，泵浦源装置还包括连接所述水箱的水温控制器。 与现有技术相比，本专利技术提供的薄片激光器通过设置水箱，并于水箱上设置喷嘴， 使得由喷嘴喷出的水呈水柱，利用水柱传输泵浦光，这样，经水柱传输的泵浦光具有分布较 为均匀的效果。此外，当水流经所述薄片增益介质上表面时，还能够对薄片增益介质上表面 进行冷却，进而带走薄片增益介质上泵浦区域的热量。另外根据不同的泵浦能量，可以通 过改变所述水压泵的运转功率，对水流从所述薄片增益介质上表面带走热量的效率进行控 制。最终实现减小薄片增益介质内部的温度梯度及热膨胀、本文档来自技高网...

【技术保护点】
薄片激光器，包括射出泵浦光的泵浦源装置、接收所述泵浦光并产生激光的薄片增益介质、微通道冷却热沉及激光输出镜，所述薄片增益介质设于微通道冷却热沉上侧，其特征在于：所述泵浦源装置与所述薄片增益介质之间设有注有水的水箱及连接所述水箱且为水箱供水的水压泵，所述水箱上表面开设有第一开口，所述水箱下表面开设有与所述第一开口相对设置的第二开口，所述泵浦源装置射出的泵浦光穿过所述第一开口进入所述水箱内并聚焦于所述第二开口处，所述第二开口处设有使第二开口喷出水柱的喷嘴，所述薄片增益介质承接所述水柱且与所述水柱的夹角呈锐角设置，所述薄片增益介质下表面设有对泵浦光和激光反射率高的反射膜，所述激光输出镜设于所述薄片增益介质上侧且所述激光输出镜与所述薄片增益介质相互平行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建涛，肖磊，杨锦彬，郭玮，褚志鹏，李喜露，高云峰，
申请(专利权)人：深圳市大族激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44