專利名稱：一種半導體二極管陣列側面泵浦2μm激光模塊的制作方法
技術領域：
本發明公開一種半導體二極管陣列側面泵浦的2ym激光模塊，屬于激光技術領 域。
背景技術：
目前側面泵浦模塊通常采用激光二極管單管或陣列環繞一周的方式，對激光晶體 進行側面泵浦。這種結構下激光晶體大多放在內徑比激光晶體大的玻璃套管中，二者之 間的間隙充滿了用于對激光晶體進行冷卻的液體。半導體二極管單管或者陣列發射的泵 浦光，需要先經過玻璃套管，再經過冷卻液，然后才能進入激光晶體內部，被激光晶體所吸 收，未吸收的泵浦光則透過激光晶體傳輸到另一邊。多數的2iim激光晶體，比如Tm:YAG、 Tm:LuAG等，對半導體泵浦光(通常為785nm)的吸收系數較差，通常只有Nd: YAG晶體對于 808nm泵浦光吸收系數的1/3 1/4，因此這類型的側面泵浦結構用在2 y m激光上，無法獲 得較高的吸收效果，也就無法獲得較高效率的激光輸出。同時， 一般半導體二極管的快軸發 散角都較大，這種側面泵浦結構下的半導體泵浦光通過玻璃管、冷卻液后到達晶體的光斑 都較大，因此激光晶體對泵浦光的吸收區域也較大。而2ym激光晶體能級結構為準三能 級，需要高的泵浦功率密度來降低激光泵浦閾值、提高激光輸出功率和能量。所以通常的側 面泵浦結構對2 ii m激光晶體來說泵浦功率密度也較低。 本發明針對通常側面泵浦結構的不足，提出一種半導體二極管陣列側面泵浦的 2 P m激光模塊結構，這種結構可提高2 ii m激光晶體對于泵浦光的吸收，增大2 ii m激光晶體 內的泵浦功率密度，從而獲得更大功率或更高能量的2 ii m激光輸出。
發明內容
本發明的目的是克服2 ii m激光晶體在現有半導體泵浦模塊結構下吸收較弱、泵
浦功率密度較低的缺陷，從而提供一種可以提高激光晶體吸收和增大激光晶體內泵浦功率
密度的2 ii m半導體激光陣列泵浦模塊。 本發明的目的是由下述技術方案實現的 本發明的裝置包括第一半導體二極管陣列(1)、第二半導體二極管陣列(2)、第三 半導體二極管陣列(3) 、2 ii m激光晶體(4)、第一激光晶體熱沉(5)、第二激光晶體熱沉(6)、 第三激光晶體熱沉(7)、第一半導體二極管陣列熱沉(8)、第二半導體二極管陣列熱沉(9)、 第三半導體二極管陣列熱沉(10)、第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉 反射面(13)。 第一半導體二極管陣列(1)、第二半導體二極管陣列(2)、第三半導體二極管陣列 (3)輸出的泵浦光束分別透射進入2 ii m激光晶體(4)，被2 ii m激光晶體(4)所吸收，未吸 收盡的泵浦光分別被第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉反射面(12) 所反射，反射光再次進入2ym激光晶體(4)并被晶體再次吸收；第一半導體二極管陣列熱 沉(8)用于對第一半導體二極管陣列(1)進行冷卻，第二半導體二極管陣列熱沉(9)用于對第二半導體二極管陣列(2)進行冷卻、第三半導體二極管陣列熱沉(10)用于對第三半導 體二極管陣列(3)進行傳導冷卻；第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉 反射面(13)都鍍對半導體二極管泵浦光的高反膜，它們與2ym激光晶體(4)緊包接觸，不 但可對2 y m激光晶體(4)進行傳導冷卻，還將未吸收完的泵浦光反射回2 ii m激光晶體(4) 中，增大2 ii m激光晶體(4)對泵浦光的吸收。 上述技術方案中，三個激光晶體熱沉和三個半導體二極管熱沉可通過半導體制冷 器制冷或者采用流動的冷卻液進行冷卻。 上述技術方案中，可采用3組半導體二極管陣列，二極管陣列之間以120度角環繞 激光晶體中心排列。也可采用以n組半導體二極管陣列，圍繞激光晶體中心間隔360/n度 角排列，只需在半導體二極管陣列之間安裝如技術方案中描述的激光晶體熱沉，用以增大 對泵浦光的再吸收和提高激光晶體內的泵浦功率密度。
本發明的優點在于 ①利用傳導冷卻的接觸面上鍍的反射膜，將未吸收的泵浦光反射回2ym激光晶 體，使2 ii m激光晶體對泵浦光進行再吸收，增大了 2 ii m激光晶體對泵浦光的總體吸收率。
②半導體二極管陣列離激光晶體的距離變短，因此發散的光斑也變小，2ym激光 晶體對泵浦光的吸收區域也變小，從而增大了泵浦功率密度，可以降低泵浦功率閾值、增大 激光輸出功率和能量。 ③2iim激光晶體采用傳導冷卻，避免了長期使用冷卻液對激光晶體側面的腐蝕 和污染，從而可以保持對泵浦光的高效吸收。 ④半導體二極管陣列、2iim激光晶體都通過傳導冷卻，可減小半導體側面泵浦結 構的總體體積。
圖1是本發明的整體示意圖； 圖2是本發明中1個半導體二極管陣列的泵浦光傳輸和吸收的示意圖； 圖中，l-第一半導體二極管陣列、2-第二半導體二極管陣列、3-第三半導體二極
管陣列、4-2ym激光晶體、5-第一激光晶體熱沉、6-第二激光晶體熱沉、7-第三激光晶體熱
沉、8_第一半導體二極管陣列熱沉、9-第二半導體二極管陣列熱沉、10-第三半導體二極管
陣列熱沉、ll-第一熱沉反射面、12-第二熱沉反射面、13-第三熱沉反射面、14-第一半導體
二極管陣列的泵浦光、15-第一激光晶體熱沉反射的泵浦光。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步說明。 如圖1所示，本發明的裝置包括第一半導體二極管陣列(1)、第二半導體二極管陣 列(2)、第三半導體二極管陣列(3) 、2 ii m激光晶體(4)、第一激光晶體熱沉(5)、第二激光晶 體熱沉(6)、第三激光晶體熱沉(7)、第一半導體二極管陣列熱沉(8)、第二半導體二極管陣 列熱沉(9)、第三半導體二極管陣列熱沉(10)、第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12) 和第三熱沉反射面(13)。 第一半導體二極管陣列(1)、第二半導體二極管陣列(2)、第三半導體二極管陣列
4(3)輸出的泵浦光束分別透射進入2iim激光晶體(4)，被2iim激光晶體(4)所吸收，未吸 收盡的泵浦光分別被第一晶體熱沉反射面(11)、第二晶體熱沉反射面(12)、第三晶體熱沉 反射面(13)所反射，再次進入2ym激光晶體(4)中并被再次吸收；第一半導體二極管陣列 熱沉(8)、第二半導體二極管陣列熱沉(9)、第三半導體二極管陣列熱沉(10)用來對第一半 導體二極管陣列(D、第二半導體二極管陣列(2)、第三半導體二極管陣列(3)進行傳導冷 卻；第一激光晶體熱沉(5)上的第一熱沉反射面(11)、第二激光晶體熱沉(6)上的第二熱 沉反射面(12)和第三激光晶體熱沉(7)上的第三熱沉反射面(13)，通過精細加工，與2ym 激光晶體半徑一致，還通過濺射、蒸發或電鍍的方法形成對半導體激光的全反膜，使用中該 這三個熱沉反射面與2 ii m激光晶體緊包接觸，不但對2 ii m激光晶體進行傳導冷卻，還將未 吸收完的泵浦光反射回2 ii m激光晶體。 如圖2所示，第一半導體二極管陣列(1)傳輸的泵浦光(14)投射進入2ym激光 晶體(4)，被2ym激光晶體(4)所吸收，吸收的區域也如傳輸的泵浦光(14)所示。未吸收 盡的泵浦光被第一激光晶體熱沉(5)的熱沉反射面(11)所反射，再次透射進入2ym激光 晶體(4)，反射的泵浦光(15)被2iim激光晶體(4)再次吸收。因此，2iim激光晶體(4)對 該示意圖中泵浦光的吸收區域主要是傳輸的泵浦光(14)和反射的泵浦光(15)所重疊的區 域，該區域主要在2ym激光晶體(4)的中心位置，與其他的側面泵浦結構相比，該泵浦吸收 區域更小。
權利要求
一種二極管列陣側面泵浦的2μm泵浦模塊，裝置包括第一半導體二極管陣列(1)、第二半導體二極管陣列(2)、第三半導體二極管陣列(3)、2μm激光晶體(4)、第一激光晶體熱沉(5)、第二激光晶體熱沉(6)、第三激光晶體熱沉(7)、第一半導體二極管陣列熱沉(8)、第二半導體二極管陣列熱沉(9)、第三半導體二極管陣列熱沉(10)、第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉反射面(13)，其特征在于第一半導體二極管陣列(1)、第二半導體二極管陣列(2)、第三半導體二極管陣列(3)輸出的泵浦光束分別透射進入2μm激光晶體(4)，被2μm激光晶體(4)所吸收，未吸收盡的泵浦光分別被第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉反射面(12)所反射，反射光再次進入2μm激光晶體(4)并被其再次吸收；第一半導體二極管陣列熱沉(8)用于對第一半導體二極管陣列(1)進行冷卻，第二半導體二極管陣列熱沉(9)用于對第二半導體二極管陣列(2)進行冷卻、第三半導體二極管陣列熱沉(10)用于對第三半導體二極管陣列(3)進行傳導冷卻；第一激光晶體熱沉(5)上的第一熱沉反射面(11)、第二激光晶體熱沉(6)上的第二熱沉反射面(12)和第三激光晶體熱沉(7)上的第三熱沉反射面(13)，與2μm激光晶體緊包接觸，反射面上鍍對半導體二極管泵浦光的高反膜，不但對2μm激光晶體進行傳導冷卻，還將未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶體。
全文摘要
本發明是一種半導體二極管陣列側面泵浦2μm激光模塊，屬于激光技術領域。本發明由半導體二極管陣列、2μm激光晶體、半導體二極管陣列熱沉、激光晶體熱沉和熱沉反射面組成。半導體二極管陣列輸出的泵浦光進入2μm激光晶體并被其吸收，未吸收盡的泵浦光被激光晶體熱沉的表面所反射，再次進入2μm激光晶體獲得再次吸收；激光晶體熱沉的反射面上鍍對泵浦光的高反膜，使用中該反射面與2μm激光晶體緊包接觸，不但對2μm激光晶體進行傳導冷卻，還將未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶體，提高2μm激光晶體對于泵浦光的吸收，從而獲得更大功率的2μm激光輸出。
文檔編號H01S3/0941GK101740996SQ20091024314
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者張云山, 朱凌妮, 林志鋒, 王然, 高明偉, 高春清 申請人:北京理工大學