CN101640371A - 一种高功率微片激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器领域，尤其涉及用于高功率使用中，需要解决散热问题的微片激光器。本发明的高功率微片激光器，泵浦光源通过光学耦合透镜对盘状的微片结构激光器进行泵浦。其中，所述的盘状的微片结构激光器是盘状的激光增益介质薄片与相关的盘状的激光元件薄片胶合而成，两外侧端面镀腔镜膜，所述的盘状的激光增益介质薄片通过与之接触的高导热材料散热。所述的高导热材料与激光增益介质薄片的通光面接触，且所述的高导热材料对泵浦光具有较高透过率。本发明采用如上技术方案，实现了小体积的高功率盘片激光器结构，且实现快速散热，并实现高功率激光输出。本发明的结构可用于产生基频光、倍频光，特别是高效倍频光。
Description
技术领域
本发明涉及激光器领域，尤其涉及用于高功率使用中，需要解决散热问题的微片激光器。
背景技术
盘状超薄片激光增益介质已广泛应用于分离腔式半导体泵浦固体激光器，其特点在于盘状介质具有大的口径与厚度比值，采用面泵浦，面冷却。当将超薄片激光增益介质的一个端面与导热率高的材料如金属直接接触时，可及时、快速散热，从而可在大功率泵浦状态下获得高功率输出。一般盘片激光器是分离腔结构，体积较大。
发明内容
与传统盘片分离腔结构不同，本发明采用了微片式盘片激光器，可实现小尺寸中高功率激光输出。
本发明的技术方案是：
本发明的高功率微片激光器，泵浦光源通过光学耦合透镜对盘状的微片结构激光器进行泵浦。其中，所述的盘状的微片结构激光器是盘状的激光增益介质薄片与相关的盘状的激光元件薄片胶合而成，两外侧端面镀腔镜膜，所述的盘状的激光增益介质薄片通过与之接触的高导热材料散热。
所述的高导热材料与激光增益介质薄片的通光面接触，且所述的高导热材料对泵浦光具有较高透过率。
进一步的，散热方案一：所述的高导热材料为一盘片结构，紧密胶合于所述的激光增益介质薄片的通光面，进行散热。
或者，散热方案二：所述的高导热材料为中空管道结构，其中一侧紧密胶合于所述的激光增益介质薄片的通光面，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。
或者，散热方案三：所述的高导热材料为中空管道结构，其中一侧开设一槽，所述的激光增益介质薄片紧密内嵌于槽中，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。
采用上述的任一散热方案，所述的泵浦光源通过光学耦合透镜对盘状的微片结构激光器进行泵浦，在光学耦合透镜和盘状的微片结构激光器之间设置一部分反射镜，所述的部分反射镜镀泵浦光透射、输出光反射的膜，微片结构激光器通过部分反射镜反射输出激光。
或者，散热方案四：所述高导热材料的一侧开设一槽，所述的激光增益介质薄片紧密内嵌于槽中，与相对另一侧的设置的一光学窗口片一同构成中空管道结构，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。
采用上述的散热方案四，所述的泵浦光源通过光学耦合透镜耦合，并透过光学窗口片或高导热材料对盘状的微片结构激光器进行泵浦，微片结构激光器的后腔镜直接输出激光。
或者，散热方案五：所述的高导热材料为盘状的薄片，与所述的盘状的微片结构激光器胶合成一体，两外侧端面镀腔镜膜，所述的泵浦光源通过光学耦合透镜耦合，并透过高导热材料对盘状的微片结构激光器进行泵浦，微片结构激光器的后腔镜直接输出激光。
所述的盘状的激光元件薄片可以包括激光增益介质同质片和倍频晶体片。可用于产生基频光、倍频光，特别是高效倍频光。
本发明采用如上技术方案，实现了小体积的高功率盘片激光器结构，且实现快速散热，并实现高功率激光输出。另外，本发明中的超薄激光增益介质可一次或两次吸收泵浦光，或采用多通泵浦耦合***使泵浦光多次通过激光增益介质，从而提高泵浦光吸收效率。本发明的结构可用于产生基频光、倍频光，特别是高效倍频光。
附图说明
图1是本发明的第一实施的结构示意图；
图2是本发明的第二实施的结构示意图；
图3是本发明的第三实施的结构示意图；
图4是本发明的第四实施的结构示意图；
图5是本发明的第五实施的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明采用超薄激光增益介质与其它光学元件，如倍频晶体，非掺杂激光介质材料，通过深化光胶结为一体，超薄激光增益介质置于微片激光器腔的一端或接近腔的端面，其光学面直接与高导热材料，流动液体或气体接触以实现快速散热，并实现高功率激光输出。
实施例1：参阅图1所示，包括超薄的盘状激光增益介质101，激光增益介质101的一个光学端面镀激光腔膜层S1，并直接采用高效导热体105面冷却，膜层S1对基波光、泵浦光及倍频光等高反，激光增益介质101的另一个端面与其它光学元件1021胶合，光学元件1021可为未掺杂基质，其材料与激光增益介质相同，光学元件1021再与另一片或一组其它光学元件1022胶合，光学元件1022可为倍频晶体等。在光学元件1022的另一个端面设置微片激光器的输出膜层S2，则激光增益介质101与光学元件1021、光学元件1022、膜层S1及膜层S2构成微片式激光器。103为耦合光学透镜，104为半导体激光器的泵浦光源，它可以是半导体激光器(LD)直接输出，亦可为LD通过光纤耦合后输出，亦可以为其他种类泵浦光源。106为分光镜，它对泵浦光透射，对微片激光器的输出光反射，可实现振荡光输出。当泵浦光源104高功率泵浦激光增益介质101时，由于激光增益介质101为超薄激光增益介质，且激光增益介质101与高效导热体105直接面接触，因此激光增益介质101上产生热量可被迅速导走。
由于激光增益介质101很薄，尽管激光增益介质101通常导热系数仅为1-10W/m/k，但高效导热体105导热系数可在100-300W/m/K，比激光增益介质101大约高二个数量级，与传统的在激光增益介质中心泵浦，再通过激光增益介质传递到四周导热层的方法相比，其导热速度可快二个以上数量级。且光学元件1021亦是与激光增益介质101相同基质的非掺杂材料，结合面处不易发生热膨胀不匹配而导致的光学材料解离；同时光学元件1021有一定厚度，在光学元件1021与光学元件1022结合处温度较低或基本接近周围温度，从而可避免不同材料之间因产生较强应力而解离现象。
实施例2：参阅图2所示，其结构与图1所示的第一实施例结构相似，区别在于：在高导热材料105的结构为中空管道结构，并通入流动冷却液或气体，通过管状道内的动冷却液或气体，从而更快速地降低盘片介质的温度。
实施例3：参阅图3所示，激光器结构与图1或图2所示的实施例结构一致。区别在于：所述的高导热材料105为中空管道结构，其中一侧开设一槽，所述的激光增益介质薄片101紧密内嵌于槽中，通入流动冷却液或气体，形成水冷或气冷散热。
实施例4：参阅图4所示，所述的热散结构与图3所示的第三实施例相似，区别在于：其采用正向泵浦结构，即在所述高导热材料的105一侧开设一槽，所述的激光增益介质薄片101紧密内嵌于槽中，与相对另一侧的设置的一光学窗口片107一同构成中空管道结构，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。所述的泵浦光源104通过光学耦合透镜103耦合，并透过光学窗口片107或高导热材料105对盘状的微片结构激光器进行泵浦，微片结构激光器的后腔镜直接输出激光。
实施例5：参阅图5所示，亦采用正向端面泵浦结构，包括超薄激光增益介质101，高导热材料105，LD泵浦光源104，光学耦合的准直透镜103，光学元件1021、1022。激光增益介质101左端面与高导热材料105直接接触，且高导热材料105对泵浦光具有较高透过率，在高导热材料105左端面及光学元件1022右端面镀膜形成激光腔镜。光学元件1021为材料与激光增益介质101相同但未掺杂激活离子基质，光学元件1022为倍频晶体等。所述的LD泵浦光源104通过准直透镜103耦合，并透过高导热材料105对盘状的微片结构激光器进行泵浦，微片结构激光器的后腔镜直接输出激光。
本发明的超薄激光增益介质可一次或两次吸收泵浦光，或采用多通泵浦耦合***使泵浦光多次通过激光增益介质，从而提高泵浦光吸收效率。本发明的结构可用于产生基频光、倍频光，特别是高效倍频光。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高功率微片激光器，泵浦光源(104)通过光学耦合透镜(103)对盘状的微片结构激光器(101、1021、1022)进行泵浦，其特征在于：所述的盘状的微片结构激光器是盘状的激光增益介质薄片(101)与相关的盘状的激光元件薄片(1021、1022)胶合而成，两外侧端面镀腔镜膜，所述的盘状的激光增益介质薄片(101)通过与之接触的高导热材料(105)散热。
2.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的高导热材料(105)与激光增益介质薄片(101)的通光面接触，且所述的高导热材料(105)对泵浦光具有较高透过率。
3.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的高导热材料(105)为一盘片结构，紧密胶合于所述的激光增益介质薄片(101)的通光面，进行散热。
4.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的高导热材料(105)为中空管道结构，其中一侧紧密胶合于所述的激光增益介质薄片(101)的通光面，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。
5.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的高导热材料(105)为中空管道结构，其中一侧开设一槽，所述的激光增益介质薄片(101)紧密内嵌于槽中，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。
6.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述高导热材料的(105)一侧开设一槽，所述的激光增益介质薄片(101)紧密内嵌于槽中，与相对另一侧的设置的一光学窗口片(107)一同构成中空管道结构，管道内通入流动冷却液或气体，进行散热。
7.根据权利要求3或4或5任一所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的泵浦光源(104)通过光学耦合透镜(103)对盘状的微片结构激光器进行泵浦，在光学耦合透镜(103)和盘状的微片结构激光器之间设置一部分反射镜(106)，所述的部分反射镜(106)镀泵浦光透射、输出光反射的膜，微片结构激光器通过部分反射镜(106)反射输出激光。
8.根据权利要求6所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的泵浦光源(104)通过光学耦合透镜(103)耦合，并透过光学窗口片(107)或高导热材料(105)对盘状的微片结构激光器进行泵浦，微片结构激光器的后腔镜直接输出激光。
9.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的高导热材料(105)为盘状的薄片，与所述的盘状的微片结构激光器(101、1021、1022)胶合成一体，两外侧端面镀腔镜膜，所述的泵浦光源(104)通过光学耦合透镜(103)耦合，并透过高导热材料(105)对盘状的微片结构激光器进行泵浦，微片结构激光器的后腔镜直接输出激光。
10.根据权利要求1所述的高功率微片激光器，其特征在于：所述的盘状的激光元件薄片(1021、1022)可以包括激光增益介质同质片和倍频晶体片。
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2009
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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