一種半導體激光器側泵模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導體激光器側泵模塊，包括：半導體激光水平陣列Bar（9）、透明剛性管和置于透明剛性管內的激光晶體棒（11），其特征在于，所述透明剛性管的外周壁上具有在周向上均勻分布的弧形突起面（15），所述弧形突起面（15）在軸向上連貫且其長度與半導體激光水平陣列Bar（9）長度相匹配，所述半導體激光水平陣列Bar（9）環(huán)繞透明剛性管均勻排列，使各所述半導體激光水平陣列Bar發(fā)射的泵浦光經(jīng)過各自所對應的弧形突起面（15）。本發(fā)明能夠簡化裝校過程，體積更加緊湊；能夠提高泵浦光的吸收效率；并且可靠性高、成本低。
【專利說明】一種半導體激光器側泵模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及固體激光器【技術領域】，具體地說，本發(fā)明涉及一種半導體激光器側泵模塊。
【背景技術】
[0002]側面泵浦是當前實現(xiàn)激光泵浦的主要模式之一。激光器側面泵浦模塊(簡稱側泵模塊)一般用于固體激光器。激光器側面泵浦模塊主要包括模塊本體、泵浦源(如Bar條)和激光晶體棒。泵浦源和激光晶體棒均安裝于模塊本體內部，其中泵浦源用于提供所需要的泵浦光，激光晶體棒用于接收泵浦光并在泵浦光的激勵下產生激光輻射。隨著全固態(tài)激光器在國防、科研、工業(yè)以及醫(yī)療等領域的呈現(xiàn)出越來越廣泛的應用前景，作為其中核心部件的半導體激光器側泵模塊也在向著結構緊湊、泵浦均勻和高效率方向發(fā)展。目前國內外市場上的側泵模塊通常采用半導體激光器水平陣列呈正三角形，正五邊形、正七邊形或者正九邊形等分布進行等間距環(huán)繞泵浦激光晶體棒。而半導體激光側泵模塊為了滿足其中的晶體棒對泵浦尺寸、功率密度等參數(shù)的要求，又會采用I X 3，I X4，I XN等傳統(tǒng)水平陣列形式。這樣，沿著泵浦光慢軸方向，也就是沿著晶體棒軸向，多個Bar條呈一字排布,泵浦光束的尺寸基本與Bar條長度一致，慢軸方向上，半導體激光器Bar條光束在晶體表面相互疊加而使得泵浦光束很均勻，所以一般在實際應用中該方向上無需考慮泵浦光束整形問題。而在快軸方向上，也就是垂直于激光晶體棒軸向的方向上，通常需要對泵浦光束進行整形以使泵浦光束均勻并且被壓縮控制在一定尺寸內。
[0003]圖1a示出了一種現(xiàn)在市場上常見的半導體激光器側泵模塊的橫向剖面(指垂直于晶體棒軸向的剖面)示意圖，該半導體激光器側泵模塊主要包括半導體激光水平陣列Bar9、圓柱面透鏡13、石英玻璃管8和激光晶體棒11。其中，多個(圖1a中為三個)半導體激光水平陣列Bar9環(huán)繞著石英玻璃管8呈等間距排布。半導體激光水平陣列Bar9固定在具有通水孔的熱沉上。激光晶體棒11置于石英玻璃管8中，石英玻璃管8可通入冷卻水，并且石英玻璃管8的兩端與所述熱沉的通水孔的兩端聯(lián)通，從而形成水冷卻腔12。一般來說，半導體激光水平陣列Bar9發(fā)射泵浦光快軸發(fā)散角最大可能達到70°左右(慢軸發(fā)散角10°左右)，這種光在空間(尤其是快軸方向)發(fā)散太快，如不加光學整形鏡，很難實現(xiàn)激光晶體棒11的側面泵浦。因此，圖1a中，每個半導體激光水平陣列Bar9的發(fā)光面設置一個圓柱面透鏡13，用以對半導體激光水平陣列Bar9發(fā)出的泵浦光的快軸進行準直壓縮。另夕卜，該半導體激光器側泵模塊還具有底座1、水接頭2等部件。
[0004]圖1b示出了現(xiàn)有技術中的另一種具備快軸光束整形功能的激光側泵模塊的三維結構示意圖，它主要包括半導體激光水平陣列Bar9、圓柱面透鏡13、整形鏡組14和激光晶體棒11。多個(圖1b中為三個)激光水平陣列Bar9環(huán)繞著激光晶體棒11等間距排布，每個半導體激光水平陣列Bar9發(fā)射的泵浦光經(jīng)過緊貼半導體激光水平陣列Bar9發(fā)光面固定的圓柱面透鏡13沿快軸方向壓縮后照射到整形鏡組14，再通過整形鏡組14的擴束和勻化照射到激光晶體棒11上，從而實現(xiàn)泵浦光在快軸方向上的整形。[0005]上述現(xiàn)有技術中的方案雖然都能實現(xiàn)泵浦光在快軸方向上的整形，然而，經(jīng)過實踐應用發(fā)現(xiàn)它們存在以下幾個缺陷:
[0006]1)裝配復雜。通常側泵模塊中各Bar條排布時，縱向和橫向都必須保持一致且等間距環(huán)繞激光晶體棒，與此對應，圓柱面透鏡和整形鏡也必須縱向和橫向都保持一致且等間距環(huán)繞激光晶體棒，同時保證和對應的Bar條發(fā)光面對齊，否則，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，都會導致泵浦光不均勻，造成轉換效率低。因此泵浦系統(tǒng)對機械固定部件的加工和裝配要求嚴格，此外使用圓柱面透鏡以及整形鏡也增加了泵浦系統(tǒng)的體積，給后續(xù)的應用帶來不便。
[0007]2)可靠性不足。一般來說，為了提高泵浦效率，激光器Bar條發(fā)光面與激光晶體棒的間距很短，在這段間距中再放置圓柱面透鏡(或者放置圓柱面透鏡和整形鏡組)，給結構封裝帶來很大困難，也一定程度上制約了整形效果和傳輸效率。系統(tǒng)長時間工作必然導致Bar條和整形器件排布的一致性下降，大大降低系統(tǒng)的可靠性。
[0008]3)效率低。Bar條所發(fā)射出的泵浦光多次經(jīng)過圓柱面透鏡(或者多次經(jīng)過圓柱面透鏡和整形鏡組)，必然因為表面反射、折射和材料吸收而損失掉部分能量，使得系統(tǒng)的整體效率下降。[0009]4)成本高。采用圓柱面透鏡(或者圓柱面透鏡加整形鏡組)進行光束壓縮整形會增加側泵模塊的制作成本，特別是對于一些高能模塊，通常會用到多個水平陣列，而一個水平陣列對應一個圓柱面透鏡或者一整套圓柱面透鏡和整形鏡組。這樣最終成本會顯著提高。
[0010]綜上所述，當前迫切需要克服上述問題，提供一種既能壓縮泵浦光發(fā)散角，提高泵浦光照射激光晶體棒的效率，又結構簡單、緊湊、成本低且能夠長時間可靠運行的半導體激光器側泵模塊。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述傳統(tǒng)激光側泵模塊的缺點，半導體激光器側泵模塊。
[0012]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種半導體激光器側泵模塊，包括:半導體激光水平陣列Bar、透明剛性管和置于透明剛性管內的激光晶體棒，其特征在于，所述透明剛性管的外周壁上具有在周向上均勻分布的弧形突起面，所述弧形突起面在軸向上連貫且其長度與半導體激光水平陣列Bar長度相匹配，所述半導體激光水平陣列Bar環(huán)繞透明剛性管均勻排列，使各半導體激光水平陣列Bar發(fā)射的泵浦光經(jīng)過各自所對應的弧形突起面。
[0013]其中，所述透明剛性管的弧狀突起面上鍍制泵浦光的增透膜，其他部分鍍制泵浦光的聞反月旲。
[0014]其中，各所述半導體激光水平陣列Bar的發(fā)射面緊貼所對應的弧形突起面。
[0015]其中，所述透明剛性管為石英玻璃管。
[0016]其中，所述石英玻璃管內徑為Φ4mm~Φ 10mm,壁厚為lmnT2mm。
[0017]其中，在垂直于所述石英玻璃管軸向的平面內，所述弧形突起面的曲率半徑為
1.6mm,弧長為 1.5mm~3.2mm。
[0018]其中，在所述石英玻璃管的軸向上，所述弧形突起面的長度與石英玻璃管的長度相同。[0019]其中，所述半導體激光水平陣列Bar的個數(shù)為三個、五個或者七個，它們分別構成正三角形，正五邊形或者正七邊形的環(huán)繞泵浦的側泵模塊；所述透明導流管外周壁上的弧形突起面的個數(shù)為三個、五個或者七個。
[0020]其中，所述半導體激光水平陣列Bar固定在通水的熱沉上，所述通水熱沉環(huán)繞透明剛性管排布，并且通水熱沉兩端固定在所述半導體激光器側泵模塊兩端的端座上。
[0021 ] 其中，所述半導體激光水平陣列Bar發(fā)射808nm的泵浦光，所述透明導流管的弧狀突起面上鍍制808nm的增透膜，其他部分鍍制808nm的高反膜。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術效果:
[0023](I)能夠簡化裝校過程，體積更加緊湊。
[0024](2)可靠性高。
[0025](3)能夠提高泵浦光的吸收效率。
[0026](4)成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]以下，結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施例，其中:
[0028]圖1a示出了現(xiàn)有技術中一種半導體激光器側泵模塊的橫向剖面示意圖；其中，橫向剖面指垂直于晶體棒軸向的剖面；
[0029]圖1b示出了現(xiàn)有技術中另一種半導體激光器側泵模塊的三維示意圖；
[0030]圖2a示出了本發(fā)明一個實施例的側泵模塊的橫向剖面示意圖；
[0031]圖2b示出了本發(fā)明一個實施例的側泵模塊的縱向剖面示意圖；其中，縱向剖面是經(jīng)過晶體棒軸的剖面；
[0032]圖2c不出了本發(fā)明一個實施例的石英玻璃管三維圖；
[0033]圖2d不出了本發(fā)明一個實施例的石英玻璃管橫截面圖；
[0034]圖2e不出了本發(fā)明一個實施例的石英玻璃管端面水密封固定的局部放大圖；
[0035]圖3a示出了本發(fā)明另一個實施例的側泵模塊的橫向剖面示意圖；
[0036]圖3b不出了本發(fā)明另一個實施例的石英玻璃管三維圖；
[0037]圖3c不出了本發(fā)明另一個實施例的石英玻璃管橫截面圖；
[0038]圖4a示出了本發(fā)明又一個實施例的側泵模塊的橫向剖面示意圖；
[0039]圖4b不出了本發(fā)明又一個實施例的石英玻璃管三維圖；
[0040]圖4c不出了本發(fā)明又一個實施例的石英玻璃管橫截面圖；
[0041]圖5示出了不加整形鏡時的泵浦光入射到激光棒上光路示意圖；
[0042]圖6示出了泵浦光經(jīng)過柱透鏡壓縮準直后入射到激光棒上光路示意圖；
[0043]圖7示出了本發(fā)明的光束幾何傳播路徑示意圖；
[0044]圖8示出了不加整形鏡的泵浦照射結果；
[0045]圖9示出了柱透鏡整形后的泵浦照射結果；
[0046]圖10示出了本發(fā)明裝置進行整形后的泵浦照射結果。
[0047]圖面說明:
[0048]I一底座,2—7jC接頭，3一夕卜端蓋,4一防塵罩,5一堵頭,6—壓板，
[0049]7—端座；8—石英玻璃管，9一半導體激光水平陣列Bar ； 10—支桿，[0050]11一激光晶體棒，12—水冷卻腔，13—圓柱面透鏡，14一整形鏡組，
[0051]15—弧形突起面。
【具體實施方式】
[0052]下面，結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步地描述。
[0053]圖2a示出了本發(fā)明一個實施例的半導體激光器側泵模塊的橫向剖面示意圖。其中，橫向剖面指垂直于晶體棒軸向的剖面，下文中不再贅述。如圖2a所示，本實施例的半導體激光器側泵模塊包括半導體激光水平陣列Bar9、石英玻璃管8 (也可以是其它材料制作且適合于容納冷卻液的透明剛性管)和置于石英玻璃管8內的激光晶體棒11，石英玻璃管8的外周壁上具有在周向上均勻分布的弧形突起面15，所述弧形突起面15在軸向上連貫且其長度與半導體激光水平陣列Bar9長度相匹配，所述半導體激光水平陣列Bar9環(huán)繞石英玻璃管8均勻排列，每個半導體激光水平陣列Bar9對應于一個弧形突起面15。其中，弧形突起面15的長度一般略長于半導體激光水平陣列Bar9即可，這樣就可以使得各半導體激光水平陣列Bar9發(fā)射的泵浦光都經(jīng)過各自對應的弧形突起面15，當然，該弧形突起面15也可以貫穿于所述石英玻璃管8的整個軸向外側壁上。
[0054]本實施例中，激光晶體棒11可以是棒狀Nd = YAG晶體，激光晶體棒11的幾何尺寸為Φ3πιπιΧ80πιπι，Nd3+的摻雜濃度為0.8at%。激光晶體棒11的兩個端面鍍制1064nm增透膜，透射率在99.5%以上。
[0055]本實施例中，所述石英玻璃管8的弧形突起面15的數(shù)目可以為三。具體地，參考圖2c、d，石英玻璃管8的外周壁上等間距分布三個弧形突起面15，該弧形突起面15可以貫穿于所述石英玻璃管8的整個軸向外側壁上。石英玻璃管8弧形突起面15的尺寸可以根據(jù)需要設計。一個實施例中，石英玻璃管8內徑可以為Φ4ι?π-Φ10πιπι,壁厚可以為lmnT2mm。在垂直于所述石英玻璃管8軸向的平面內，弧形突起面15曲率半徑可以為1.2mnTl.6mm,弧長可以為1.5mnT3.2mm。優(yōu)選地，石英玻璃管內徑可以為Φ6.ι，壁厚可以為1.5mm，長度可以為60_。在垂直于所述石英玻璃管8軸向的平面內，石英玻璃管8的外側壁上的弧形突起面15的曲率半徑可以為1.7mm，弧長可以為2mm，弧形突起面15的軸向長度可以與石英玻璃管8相同。
[0056]本實施例中，所述石英玻璃管8外側壁的弧形突起面上鍍制808nm增透膜，其他部分鍍制808nm高反膜。
[0057]本實施例中，半導體激光水平陣列Bar9沿著石英玻璃管8的周向均勻排布，半導體激光水平陣列Bar9可以為三支，每一只半導體水平陣列Bar9的發(fā)光面緊貼石英玻璃管8外側壁上的一個弧形突起面15，從而向激光晶體棒11提供808nm的激勵光，每支半導體激光水平陣列Bar9上水平封裝四支半導體Bar條，每個Bar條功率200W，總的泵浦功率最大為2.4KW。另外，在軸向上，本實施例的半導體激光水平陣列Bar9沿著半導體激光器側泵模塊軸向上的中間截面對稱放置。
[0058]分別采用本實施例具有弧形突起結構且鍍膜的石英玻璃管和不制作弧形突起結構且不鍍膜的傳統(tǒng)石英玻璃管進行對比實驗，在總功率為2.4KW時，本實施例的側泵模塊中照射到激光晶體棒11上的泵浦光的均勻度提高了 10%，激光晶體棒對泵浦光的吸收效率提高了 15%。其中，均勻度指(Imax-1min)/(Imax+Imin)，其中Imax是激光棒內最高功率密度，Imin是激光棒內最低功率密度，它們的單位均為W/cm3。從該對比實驗可以看出，本實施例能夠有效地提高泵浦的均勻性以及激光晶體棒對泵浦光的吸收效率。
[0059]而相比于傳統(tǒng)的設計了專門快軸整形部件的側泵模塊，本實施例的側泵模塊利用對激光晶體棒進行冷卻的石英玻璃管，通過石英玻璃管外側壁上等間距排布的、環(huán)繞軸向的弧面突起結構(即弧形突起面15)對泵浦光進行壓縮準直，從而大大提高了泵浦的均勻性。由于不需要為每個Bar條與激光晶體棒之間增加專門的整形鏡(例如圓柱面透鏡)或者整形系統(tǒng)(例如圓柱面透鏡加整形鏡組)對快軸光束進行壓縮整形，本實施例的側泵模塊具有結構緊湊、裝配簡便、可靠性高、效率高、成本低等諸多技術效果。
[0060]上文中已經(jīng)結合橫向剖面示意圖對本實施例的半導體激光器側泵模塊中涉及到泵浦光快軸方向的整形的結構和部件及技術效果做了詳細描述。下面將結合側泵模塊的縱向剖面示意圖(其中，縱向剖面是經(jīng)過晶體棒軸的剖面，下文中不再贅述)，對該半導體激光器側泵模塊的其它結構和部件做進一步地描述。下文中所描述的具體結構僅僅是示例性的，這并不是實現(xiàn)本發(fā)明的唯一方案。
[0061]圖2b示出了上述實施例的側泵模塊的縱向剖面示意圖，參考圖2b，除了半導體激光水平陣列Bar9、石英玻璃管8、激光晶體棒11之外，該側泵模塊還包括:底座1、水接頭2、外端蓋3、防塵罩4、堵頭5、壓板6、端座7和支桿10。
[0062]所述水接頭2與外端蓋3螺紋連接，水接頭2、外端蓋3與壓板6之間密封連接形成的儲水腔，半導體激光水平陣列Bar9中的水冷通道以及石英玻璃管8和激光晶體棒11之間的水冷通道共同構成了半導體激光器側泵模塊的水冷卻腔12，水接頭2和另一個水接頭位于所述半導體激光器側泵模塊的兩端，分別通過螺紋與半導體激光器側泵模塊兩端的外端蓋相連接，通過水循環(huán)冷卻將半導體激光器側泵模塊工作中產生的廢熱導出。
[0063]所述端座7為中空的圓環(huán)狀體，所述端座7上圍繞中心通孔，等間距分布著三個沉孔，三個沉孔各自位于所述端座內表面所開的三條徑向凹槽內。所述端座7與半導體激光器側泵模塊另一端的端座通過支桿10螺紋旋緊連接。半導體激光水平陣列Bar的安裝方式如下:對于I XN水平陣列Bar，是將N個Bar —字排列通過銦箔等導熱材料焊接無縫固定到通水的熱沉上，通水熱沉環(huán)繞激光晶體棒11排布，通水熱沉兩端通過螺紋固定到端座7上。Bar發(fā)光面的慢軸方向尺寸與激光晶體棒軸向一致，快軸方向垂直于激光晶體棒的軸向。
[0064]所述支桿10共有三個，60°等間距排布在所述端座7和半導體激光器側泵模塊另一端端座的內表面，并通過螺紋旋緊固定所述端座7與半導體激光器側泵模塊另一端的端座。
[0065]所述半導體激光水平陣列Bar9焊接到熱沉上，熱沉上的兩端通水口分別嵌入所述端座7的內表面沉槽內，并通過兩個端座與支桿的螺紋旋緊以及端座內表面的徑向凹槽擠壓固定。Bar通過熱傳導將熱量傳遞給熱沉，熱沉再通過水冷卻傳導將熱量遞出去。
[0066]圖2e示出了本實施例中石英玻璃管端面水密封固定的局部放大圖，所述壓板6為中空的圓環(huán)狀體，圍繞中心通孔等間距排布著三個通孔，壓板6通過螺紋旋緊與所述端座7外表面相連接，通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)半導體激光水平陣列Bar9與壓板6、石英玻璃管8與壓板6之間的水密封。所述外端蓋3與所述端座7通過螺紋旋緊相連接，同時擠壓橡膠墊圈，與所述壓板6構成冷卻腔，以向水循環(huán)通道供或收冷卻水。所述防塵罩4通過螺紋旋緊與外端蓋3相連接，用于保護激光晶體棒11的兩端面。防塵罩中心具有通光孔，以便于輻射激光輸出。激光晶體棒11兩端分別與外端蓋3和堵頭5相連接，堵頭5和外端蓋3通過螺紋相連接，通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與激光晶體棒11間的水密封。石英玻璃管8兩端分別與端座7和壓板6相連接。
[0067]另外，圖3a、b、c示出了本發(fā)明另一個實施例的半導體激光器側泵模塊，該實施例中，半導體激光水平陣列Bar9的數(shù)量為五支，均勻排布在石英玻璃管8的周圍，石英玻璃管8的外側壁圍繞著圓周方向均勻分布著五個弧形突起結構，石英玻璃管8的外側壁的弧形突起面上鍍制808nm增透膜，其余部分鍍制808nm高反膜。該實施例的其它部分與第一個實施例相同。
[0068]圖4a、b、c示出了本發(fā)明另一個實施例的半導體激光器側泵模塊，該實施例中，半導體激光水平陣列Bar9的數(shù)量為七支，均勻排布在石英玻璃管8的周圍，石英玻璃管8的外側壁圍繞著圓周方向均勻分布著七個弧形突起結構，石英玻璃管8的外側壁的弧形突起面上鍍制808nm增透膜，其余部分鍍制808nm高反膜。該實施例的其它部分與第一個實施例相同。
[0069]為便于理解，下面對本發(fā)明中泵浦光在快軸方向上的整形原理做進一步地說明。
[0070]現(xiàn)在市場上最常用的Bar條快軸發(fā)散角一般為40° (FWHM)，慢軸發(fā)散角10° (FWHM)，其中FWHM全稱為Full Width at Half Maxium，指光束的半高全寬處，這是本領域技術人員易于理解的。常用的激光玻璃棒直徑:T6mm。為方面描述，以下以Bar條快軸發(fā)散角為40 ° (FWHM)，慢軸發(fā)散角10 ° (FWHM)，激光棒(Nd: YAG)直徑3mm，激光棒的折射率為Ii1=L 83，水的折射率為n2=l.33，石英玻璃管的折射率n3=l.46為例進行描述。
[0071]圖5所示是泵浦光不經(jīng)過任何整形結構直接入射到激光棒上光路圖。半導體激光水平陣列Bar9所發(fā)出的一定發(fā)散角的泵浦光依次通過石英玻璃管8、充滿水的水冷卻腔
12、再入射到激光棒11上，光線的軌跡滿足折射定律。其中，圖5中LD Bar的快軸方向沿著y軸方向(如圖中所示40°發(fā)散角方向)，慢軸方向垂直于紙面向外。圖5(a)中只隨機的示出了三條光線，圖5(b)中示出了 100條光線的傳播情況。由于沒有經(jīng)過壓縮，泵浦光以40°的發(fā)散角出射，經(jīng)過玻璃管和水層后光斑擴散的比較大，最終會導致部分激光溢出激光棒，從圖5(b)中可以看出從激光棒上下兩側溢出的光線比較多。能量損失嚴重，泵浦光的吸收效率較低。
[0072]圖6所示是泵浦光經(jīng)過柱透鏡壓縮準直后入射到激光棒上光路圖。半導體激光水平陣列Bar9所發(fā)出的一定發(fā)散角的泵浦光依次通過圓柱面透鏡13、石英玻璃管8、充滿水的水冷卻腔12、再入射到激光棒11上。一般柱透鏡的折射率和石英玻璃管的折射率一致。圖6中LD Bar的快軸方向沿著y軸方向，慢軸方向垂直于紙面向外。圖6 (a)中只隨機的示出了三條光線，圖6(b)示出了 100條光線的傳播情況?？梢姡?jīng)過柱透鏡壓縮后，光束的幾乎可以全部進入激光棒，吸收效率會明顯提升。
[0073]圖7所示是本發(fā)明的光束幾何傳播路徑圖。半導體激光水平陣列Bar9所發(fā)出的一定發(fā)散角的泵浦光經(jīng)過弧形突起面15進入石英玻璃管8，再經(jīng)過充滿水的水冷卻腔12入射到激光棒11上。圖7中LD Bar的快軸方向沿著y軸方向，慢軸方向垂直于紙面向外。圖7(a)中只隨機的示出了三條光線，圖7(b)示出了 100條光線的傳播情況。由于凸起結構對泵浦光的壓縮使得泵浦光束基本上大部分通過激光棒，效率較不加整形鏡情況即圖5情況提聞很多。
[0074]圖8、圖9、圖10分別是不加整形鏡、加柱透鏡整形鏡和本發(fā)明裝置的仿真計算結果，其中，橫坐標是激光棒半徑，縱坐標是激光棒受到泵浦光照射后的儲能密度。上述理論計算均以直徑為Φ 3mm,摻雜0.6at%Nd: YAG激光棒為例進行。
[0075]圖8是不加整形鏡泵浦照射結果，由于光束發(fā)散角為40°，中間又沒有整形鏡壓縮，導致晶體棒對泵浦光的吸收效率:Π=37%，吸收效率很低，而市場上用到的都是3mm左右的激光棒，導致普遍的吸收效率較低。其均勻度:(Imax-1min) /(Imax+Imin) = (585.3-332.5)/(585.3+332.5)=0.28 (均勻度計算值越低，說明激光棒的儲能分布越均勻，后期應用效果就越好)。
[0076]圖9是柱透鏡整形后泵浦照射結果，吸收效率:Π =51%，效率最高。在激光棒中心2mm區(qū)域內，泵浦光經(jīng)過整形后基本上是均勻照射到激光棒上，均勻度非常好，但是在半徑大于2mm的范圍內，就沒有泵浦光照射了，因此說明這種整形方案一般只適用于口徑較小的激光棒。對于口徑大于2_的激光棒(例如主流的口徑3_的激光棒)就要專門安置更復雜的整形裝置來壓縮和勻化泵浦光。
[0077]圖10是本發(fā)明裝置進行整形后泵浦照射結果，吸收效率:11=48%，倘若合理的設計突起結構的曲率，吸收效率會進一步有所提高，可見這個裝置導致的泵浦光吸收效率明顯高于不加整形結構的37%。其均勻度:(Imax-1min)/(Imax+Imin) = (721-521)/(721+521)=0.16，明顯優(yōu)于不加整形鏡時的0.28。對于不同的棒直徑，倘若合理的設計突起結構的曲率和Bar以及玻璃管之間的距離，效率和均勻度都會獲得滿意的提高。示例性地，一組優(yōu)化后的設計參數(shù)為:激光晶體棒直徑3mm，玻璃管與激光晶體棒之間的水層厚度2mm，玻璃管厚度2mm，弧形突起面的曲率半徑為1.2mm,弧長2.1mm,弧形突起面的長度和玻璃管一樣長，弧形突起面距離Bar發(fā)光面0.8mm。此時的均勻度為(Imax-1min)/(Imax+Imin) =0.15。
[0078]綜上所述，容易看出，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下幾點優(yōu)異效果:
[0079]1、裝配容易。本發(fā)明所采用的環(huán)繞激光晶體棒排布的水平陣列Bar只需要對單個水平陣列Bar和石英玻璃管外側面的弧形突起面進行定位，裝校過程簡單簡化，且激光側泵模塊體積更加緊湊。
[0080]2、可靠性高。摒棄了在水平陣列Bar與激光晶體棒之間專門設置整形裝置的做法，降低了在狹小空間內進行Bar、石英玻璃管和晶體棒等元件的封裝難度。器件的簡化、空間的解放保證整個激光側泵模塊的可靠性。
[0081]3、效率高。本發(fā)明采用半導體水平陣列多向泵浦Nd: YAG晶體棒，石英玻璃管外側面制作弧形突起結構對泵浦光進行快軸壓縮準直，弧形突起面上鍍制808nm增透膜，石英玻璃管外側壁的其余面鍍制808高反膜來提高泵浦光的吸收效率。對本發(fā)明激光側泵模塊以及裝置了傳統(tǒng)石英玻璃管的激光側泵模塊進行實驗測試對比，選用功率為200W單Bar，總功率2.4KW，摻雜濃度為0.8at%的Nd = YAG激光晶體棒，采用本發(fā)明模塊照射到激光晶體棒上的泵浦光的均勻度提高了 10%，激光晶體棒對泵浦光的吸收效率提高了 15%。
[0082]4、成本低。與傳統(tǒng)模塊相比，本發(fā)明通過石英玻璃管外側壁的弧形突起結構以及分段鍍膜技術，顯著提高泵浦效率和泵浦均勻度，無需在Bar與石英玻璃管之間設置專門的整形結構，從而大大降低了泵浦源的成本。[0083]最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種半導體激光器側泵模塊，包括:半導體激光水平陣列Bar (9)、透明剛性管和置于透明剛性管內的激光晶體棒(11)，其特征在于，所述透明剛性管的外周壁上具有在周向上均勻分布的弧形突起面(15)，所述弧形突起面(15)在軸向上連貫且其長度與半導體激光水平陣列Bar (9)長度相匹配，所述半導體激光水平陣列Bar (9)環(huán)繞透明剛性管均勻排列，使各所述半導體激光水平陣列Bar發(fā)射的泵浦光經(jīng)過各自所對應的弧形突起面(15)。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，所述透明剛性管的弧狀突起面(15)上鍍制泵浦光的增透膜，其他部分鍍制泵浦光的高反膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，各所述半導體激光水平陣列Bar (9)的發(fā)射面緊貼其所對應的弧形突起面(15)。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，所述透明剛性管為石英玻璃管(8)。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，所述石英玻璃管(8)內徑為Φ 4mm?Φ IOmm,壁厚為Imm?2mm。
6.根據(jù)權利要求5所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，在垂直于所述石英玻璃管(8)軸向的平面內，所述弧形突起面(15)的曲率半徑為1.2mnTl.6mm，弧長為1.5mm?3.2mm。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，在所述石英玻璃管(8)的軸向上，所述弧形突起面(15)的長度與石英玻璃管(8)的長度相同。
8.根據(jù)權利要求1所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，所述半導體激光水平陣列Bar (9)的個數(shù)為三個，按正三角形環(huán)繞泵浦的方式排布，所述透明剛性管外周壁上的弧形突起面(15)的個數(shù)為三個；或者所述半導體激光水平陣列Bar (9)的個數(shù)為五個，按正五邊形環(huán)繞泵浦的方式排布，所述透明剛性管外周壁上的弧形突起面(15)的個數(shù)為五個；所述半導體激光水平陣列Bar (9)的個數(shù)為七個，按正七邊形環(huán)繞泵浦的方式排布；所述透明剛性管外周壁上的弧形突起面(15)的個數(shù)為七個。
9.根據(jù)權利要求1所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，所述半導體激光水平陣列Bar (9)固定在通水的熱沉上，所述通水熱沉環(huán)繞透明剛性管排布，并且通水熱沉兩端固定在所述半導體激光器側泵模塊兩端的端座上。
10.根據(jù)權利要求1所述的半導體激光器側泵模塊，其特征在于，所述半導體激光水平陣列Bar (9)發(fā)射808nm的泵浦光，所述透明導流管的弧狀突起面上鍍制808nm的增透膜，其它部分鍍制808nm的高反膜。
【文檔編號】H01S3/0941GK103915751SQ201310002609
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月5日 優(yōu)先權日:2013年1月5日
【發(fā)明者】余錦, 黃科, 樊仲維, 趙天卓, 麻云鳳, 吳權 申請人:中國科學院光電研究院