一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，腔體內(nèi)設(shè)置有石英玻管，石英玻管內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)；在腔體上沿激光增益介質(zhì)的通光方向等間距設(shè)置有多個通光狹縫，通光狹縫處設(shè)置有半導(dǎo)體激光器組，半導(dǎo)體激光器組設(shè)置有配套熱沉；半導(dǎo)體激光器組包含有不同發(fā)射波長的兩組半導(dǎo)體激光器，第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器發(fā)射的泵浦光波長分別對應(yīng)激光增益介質(zhì)的傳統(tǒng)泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，傳統(tǒng)泵浦光和共振泵浦光同時泵浦激光增益介質(zhì)，即綜合泵浦；第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器的工作電流均可單獨控制，從而能夠?qū)θ肷涞木C合泵浦光的功率配比進行調(diào)整。為實現(xiàn)高功率側(cè)泵激光器主動的、可控的熱管理提供了新途徑。
【專利說明】一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，特別涉及一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]熱效應(yīng)是限制全固態(tài)激光器高功率、高光束質(zhì)量運轉(zhuǎn)的最主要因素，減少進入工作介質(zhì)的無用熱被認(rèn)為是緩解熱效應(yīng)最根本、最直接的辦法(周壽桓，固體激光器中的熱管理，量子電子學(xué)報，2005，22 (4):497-499)。
[0003]共振泵浦方式，或稱直接泵浦方式，采用特定波長的泵浦光把基態(tài)粒子直接泵浦到激光上能級(Nd3+ =4I972 — 4F372 ),消除了由激發(fā)態(tài)4F5/2至激光上能級4F3/2無輻射躍遷的熱弛豫過程，有效降低了泵浦光和振蕩光之間的量子缺虧損，提高了量子效率，從根本上減少進入工作介質(zhì)的無用熱，從而實現(xiàn)緩解工作介質(zhì)中的熱效應(yīng)的有益效果，近年來得到了廣泛的關(guān)注。
[0004]然而，共振泵浦方式的一個明顯劣勢在于激光增益介質(zhì)對于泵浦光的吸收系數(shù)較低，例如，NdiYVO4晶體對于880nm共振泵浦光的吸收系數(shù)只有808nm傳統(tǒng)泵浦光的1/3(High efficiencyl65ff near-diffraction-limited Nd:YV04slab oscillator pumpedat880nm, Opt.Lett.，2008，33(17):1930-1932), 1.1-at.% 摻雜的 Nd: YAG 晶體對于 885nm共振泵浦光的吸收系數(shù)也僅有 1.4-1.ScnT1 (Thermally boosted pumping of neodymiumlasers, Appl.0pt.，2000, 39(18): 3093-3098)，較低的泵浦吸收系數(shù)使得激光增益介質(zhì)難以對入射泵浦光充分利用，限制了激光器總的光-光轉(zhuǎn)換效率；即便通過提高摻雜濃度和溫度等方式改善激光增益介質(zhì)對于共振泵浦光的吸收，也由于伴隨而來的上能級壽命和受激發(fā)射截面的衰退等負(fù)面影響難以實現(xiàn)光光效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，本發(fā)明將雙波長綜合泵浦技術(shù)應(yīng)用于高功率側(cè)泵激光器中，能夠根據(jù)效率和熱負(fù)載方面的限制條件改變雙波長泵浦光的功率配比，使激光器工作在允許的最佳工作點，實現(xiàn)高功率側(cè)泵激光器主動、可控的熱管理，詳見下文描述:
[0006]一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，所述側(cè)泵激光模塊包括:漫反射腔，所述漫反射腔包括腔體，
[0007]所述腔體內(nèi)設(shè)置有石英玻管，所述石英玻管內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)；所述激光增益介質(zhì)與所述石英玻管之間形成水流通道，通冷卻水對所述激光增益介質(zhì)進行制冷；在所述腔體上沿所述激光增益介質(zhì)的通光方向等間距設(shè)置有多個通光狹縫，所述通光狹縫處設(shè)置有半導(dǎo)體激光器組，所述半導(dǎo)體激光器組設(shè)置有配套熱沉；所述半導(dǎo)體激光器組包含有不同發(fā)射波長的兩組半導(dǎo)體激光器，即第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器；所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器發(fā)射的泵浦光波長分別對應(yīng)所述激光增益介質(zhì)的傳統(tǒng)泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，所述傳統(tǒng)泵浦光和所述共振泵浦光同時對所述激光增益介質(zhì)進行泵浦，即綜合泵浦；所述第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器的工作電流均可單獨控制，從而能夠?qū)θ肷涞木C合泵浦光的功率配比進行調(diào)整。
[0008]所述第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器均圍繞所述激光增益介質(zhì)的通光方向按角度成等間距分布，從而能夠分別實現(xiàn)對所述激光增益介質(zhì)的均勻泵浦。
[0009]所述激光增益介質(zhì)為:Nd:YAG晶體時，所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器的輸出波長分別為808nm和885nm。
[0010]所述激光增益介質(zhì)為:Nd:YLF晶體時，所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器的輸出波長分別為806nm和880nm。
[0011]所述激光增益介質(zhì)為釹玻璃時，所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器的輸出波長分別為802nm和880nm。
[0012]所述半導(dǎo)體激光器組的數(shù)量為三組、四組或五組。
[0013]所述腔體的形狀為橢圓、三角、五角或矩形。 [0014]本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:通過雙波長綜合泵浦的方式，能夠根據(jù)激光器運轉(zhuǎn)過程中對于光光效率的要求和熱負(fù)載的限制條件等方面的具體情況調(diào)整傳統(tǒng)泵浦光和共振泵浦光的功率配比，發(fā)揮傳統(tǒng)泵浦與共振泵浦各自優(yōu)勢，使激光器運轉(zhuǎn)在所需的最佳狀態(tài)下。采用雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，為實現(xiàn)高功率側(cè)泵激光器主動的、可控的熱管理提供了新途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]1:腔體；2:石英玻管；
[0017]3:水流通道；4:激光增益介質(zhì)；
[0018]5:半導(dǎo)體激光器組；6:熱沉；
[0019]5-1:第一組半導(dǎo)體激光器；5-2:第二組半導(dǎo)體激光器。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細(xì)描述。
[0021]為了實現(xiàn)高功率側(cè)泵激光器主動、可控的熱管理，提高光光效率，本發(fā)明實施例提供了一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，參見圖1，詳見下文描述:
[0022]傳統(tǒng)泵浦方式泵浦吸收好，易于實現(xiàn)高光光效率，但熱效應(yīng)嚴(yán)重，限制激光器的高功率、高光束質(zhì)量運轉(zhuǎn)；而共振泵浦方式具有熱效應(yīng)較輕的優(yōu)點，但較差的泵浦吸收限制了激光器的光光效率。因此，可以考慮利用傳統(tǒng)泵浦光和共振泵浦光同時對激光增益介質(zhì)進行泵浦，根據(jù)具體限制條件靈活調(diào)整泵浦光的功率配比，即能夠?qū)崿F(xiàn)允許條件下所需的最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0023]該側(cè)泵激光模塊包括:漫反射腔，其中，漫反射腔包括腔體1，腔體I內(nèi)設(shè)置有石英玻管2，石英玻管2內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)4。在腔體I上沿激光增益介質(zhì)的通光方向等間距設(shè)置有多個通光狹縫(圖中未示出)，激光增益介質(zhì)4與石英玻管2之間形成水流通道3，通冷卻水對激光增益介質(zhì)4進行制冷；通光狹縫處設(shè)置有半導(dǎo)體激光器組5以及配套熱沉6。所述半導(dǎo)體激光器組5中包括:不同發(fā)射波長的第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2 (發(fā)射波長由激光增益介質(zhì)4決定)，第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2發(fā)射的泵浦光分別對應(yīng)激光增益介質(zhì)4的傳統(tǒng)泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，兩種泵浦光可同時對激光增益介質(zhì)4進行泵浦，即綜合泵浦；第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2的工作電流均可單獨控制，即對兩種波長的泵浦光功率分別控制，從而調(diào)整入射的綜合泵浦光的功率以及配比；第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2均圍繞所述激光增益介質(zhì)的通光方向按角度成等間距分布，從而能夠分別實現(xiàn)對所述激光增益介質(zhì)的均勻泵浦。第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2發(fā)射波長在激光增益介質(zhì)4吸收帶內(nèi)的泵浦光，泵浦光通過通光狹縫、石英玻管2、水流通道3到達激光增益介質(zhì)4，未被完全吸收的泵浦光穿過激光增益介質(zhì)4后，被漫反射腔的腔體I反射，進而使得泵浦光勻化并在反射后再次到達激光增益介質(zhì)4被吸收，如此反復(fù)反射和吸收，從而實現(xiàn)對激光增益介質(zhì)4的有效泵浦，為其提供形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激光輻射所需的能量。
[0024]例如:激光增益介質(zhì)4為Nd = YAG時，其傳統(tǒng)泵浦和共振泵浦波長分別為808nm和885nm，在腔體I上沿激光增益介質(zhì)的通光方向等間距設(shè)置有多個通光狹縫，激光增益介質(zhì)4與石英玻管2之間形成水流通道3，通冷卻水對激光增益介質(zhì)4進行制冷；通光狹縫處設(shè)置有半導(dǎo)體激光器組5和配套熱沉6。
[0025]第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2發(fā)射的808nm和885nm泵浦光分別對應(yīng)激光增益介質(zhì)4的傳統(tǒng)泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，對Nd: YAG進行綜合泵浦；第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2均圍繞所述激光增益介質(zhì)的通光方向按角度成等間距分布，以對Nd:YAG形成均勻的泵浦；第一組半導(dǎo)體激光器5-1和第二組半導(dǎo)體激光器5-2的工作電流可分別單獨控制，以調(diào)節(jié)綜合泵浦光的功率配比。
[0026]實際應(yīng)用中，熱效應(yīng)是限制激光器性能的主要因素，為了降低激光器的熱負(fù)載比可減少808nm傳統(tǒng)泵浦光而增加885nm共振泵浦光；當(dāng)熱效應(yīng)影響不大,希望提高光光效率時，則可增加808nm傳統(tǒng)泵浦光而減少885nm共振泵浦光。
[0027]具體實現(xiàn)時，激光增益介質(zhì)除Nd:YAG晶體外，也可以為Nd:YLF晶體、Nd:YAG陶瓷和釹玻璃等常用激光增益介質(zhì)。相應(yīng)地，如激光增益介質(zhì)4為Nd: YLF晶體，則兩種波長的半導(dǎo)體激光器輸出波長分別為806nm和880nm ;如激光增益介質(zhì)為Nd = YAG陶瓷，則兩種波長的半導(dǎo)體激光器輸出波長分別為808nm和885nm ;如激光增益介質(zhì)為釹玻璃，則兩種波長的半導(dǎo)體激光器輸出波長分別為802nm和880nm ;在此不做贅述。
[0028]具體實現(xiàn)時，半導(dǎo)體激光器組5的數(shù)量可以為三組(即圖1中所示的三向泵浦)、亦可采用四向、五向以至多向泵浦。腔體I的形狀除圖1中的圓形腔體外，亦可采用橢圓、三角、五角、矩形等其他形狀。
[0029]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述側(cè)泵激光模塊包括:漫反射腔，所述漫反射腔包括腔體， 所述腔體內(nèi)設(shè)置有石英玻管，所述石英玻管內(nèi)設(shè)置有激光增益介質(zhì)；所述激光增益介質(zhì)與所述石英玻管之間形成水流通道，通冷卻水對所述激光增益介質(zhì)進行制冷；在所述腔體上沿所述激光增益介質(zhì)的通光方向等間距設(shè)置有多個通光狹縫，所述通光狹縫處設(shè)置有半導(dǎo)體激光器組，所述半導(dǎo)體激光器組設(shè)置有配套熱沉；所述半導(dǎo)體激光器組包含有不同發(fā)射波長的第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器；所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器發(fā)射的泵浦光波長分別對應(yīng)所述激光增益介質(zhì)的傳統(tǒng)泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，所述傳統(tǒng)泵浦光和所述共振泵浦光同時對所述激光增益介質(zhì)進行泵浦，即綜合泵浦；所述第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器的工作電流均可單獨控制，從而能夠根據(jù)需要對入射的綜合泵浦光的功率配比進行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述第一組半導(dǎo)體激光器和第二組半導(dǎo)體激光器均圍繞所述激光增益介質(zhì)的通光方向按角度成等間距分布，從而能夠分別實現(xiàn)對所述激光增益介質(zhì)的均勻泵浦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述激光增益介質(zhì)為:Nd:YAG晶體時，所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器的輸出波長分別為808nm和885nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述激光增益介質(zhì)為:Nd:YLF晶體時，所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器的輸出波長分別為806nm和880nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述激光增益介質(zhì)為釹玻璃時，所述第一組半導(dǎo)體激光器和所述第二組半導(dǎo)體激光器的輸出波長分別為802nm和880nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器組的數(shù)量為三組、四組或五組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側(cè)泵激光模塊，其特征在于，所述腔體的形狀為橢圓、三角、五角或矩形。
【文檔編號】H01S3/0941GK103532003SQ201310487370
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】丁欣, 盛泉, 范琛, 李斌, 張巍, 姜鵬波, 劉簡, 史偉, 姚建銓 申請人:天津大學(xué)