一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，腔體內設置有石英玻管，石英玻管內設置有激光增益介質；在腔體上沿激光增益介質的通光方向等間距設置有多個通光狹縫，通光狹縫處設置有半導體激光器組，半導體激光器組設置有配套熱沉；半導體激光器組包含有不同發射波長的兩組半導體激光器，第一組半導體激光器和第二組半導體激光器發射的泵浦光波長分別對應激光增益介質的傳統泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，傳統泵浦光和共振泵浦光同時泵浦激光增益介質，即綜合泵浦；第一組半導體激光器和第二組半導體激光器的工作電流均可單獨控制，從而能夠對入射的綜合泵浦光的功率配比進行調整。為實現高功率側泵激光器主動的、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泵激光模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光器領域，特別涉及一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊。
【背景技術】
[0002]熱效應是限制全固態激光器高功率、高光束質量運轉的最主要因素，減少進入工作介質的無用熱被認為是緩解熱效應最根本、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粒子直接泵浦到激光上能級(Nd3+ =4I972 — 4F372 ),消除了由激發態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的無用熱，從而實現緩解工作介質中的熱效應的有益效果，近年來得到了廣泛的關注。
[0004]然而，共振泵浦方式的一個明顯劣勢在于激光增益介質對于泵浦光的吸收系數較低，例如，NdiYVO4晶體對于880nm共振泵浦光的吸收系數只有808nm傳統泵浦光的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使得激光增益介質難以對入射泵浦光充分利用，限制了激光器總的光-光轉換效率；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射截面的衰退等負面影響難以實現光光效率的提高。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，本發明將雙波長綜合泵浦技術應用于高功率側泵激光器中，能夠根據效率和熱負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，實現高功率側泵激光器主動、可控的熱管理，詳見下文描述:
[0006]一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，所述側泵激光模塊包括:漫反射腔，所述漫反射腔包括腔體，
[0007]所述腔體內設置有石英玻管，所述石英玻管內設置有激光增益介質；所述激光增益介質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進行制冷；在所述腔體上沿所述激光增益介質的通光方向等間距設置有多個通光狹縫，所述通光狹縫處設置有半導體激光器組，所述半導體激光器組設置有配套熱沉；所述半導體激光器組包含有不同發射波長的兩組半導體激光器，即第一組半導體激光器和第二組半導體激光器；所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器發射的泵浦光波長分別對應所述激光增益介質的傳統泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，所述傳統泵浦光和所述共振泵浦光同時對所述激光增益介質進行泵浦，即綜合泵浦；所述第一組半導體激光器和第二組半導體激光器的工作電流均可單獨控制，從而能夠對入射的綜合泵浦光的功率配比進行調整。
[0008]所述第一組半導體激光器和第二組半導體激光器均圍繞所述激光增益介質的通光方向按角度成等間距分布，從而能夠分別實現對所述激光增益介質的均勻泵浦。
[0009]所述激光增益介質為:Nd:YAG晶體時，所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器的輸出波長分別為808nm和885nm。
[0010]所述激光增益介質為:Nd:YLF晶體時，所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器的輸出波長分別為806nm和880nm。
[0011]所述激光增益介質為釹玻璃時，所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器的輸出波長分別為802nm和880nm。
[0012]所述半導體激光器組的數量為三組、四組或五組。
[0013]所述腔體的形狀為橢圓、三角、五角或矩形。 [0014]本發明提供的技術方案的有益效果是:通過雙波長綜合泵浦的方式，能夠根據激光器運轉過程中對于光光效率的要求和熱負載的限制條件等方面的具體情況調整傳統泵浦光和共振泵浦光的功率配比，發揮傳統泵浦與共振泵浦各自優勢，使激光器運轉在所需的最佳狀態下。采用雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，為實現高功率側泵激光器主動的、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泵激光模塊的結構示意圖。
[0016]1:腔體；2:石英玻管；
[0017]3:水流通道；4:激光增益介質；
[0018]5:半導體激光器組；6:熱沉；
[0019]5-1:第一組半導體激光器；5-2:第二組半導體激光器。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0021]為了實現高功率側泵激光器主動、可控的熱管理，提高光光效率，本發明實施例提供了一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，參見圖1，詳見下文描述:
[0022]傳統泵浦方式泵浦吸收好，易于實現高光光效率，但熱效應嚴重，限制激光器的高功率、高光束質量運轉；而共振泵浦方式具有熱效應較輕的優點，但較差的泵浦吸收限制了激光器的光光效率。因此，可以考慮利用傳統泵浦光和共振泵浦光同時對激光增益介質進行泵浦，根據具體限制條件靈活調整泵浦光的功率配比，即能夠實現允許條件下所需的最佳運轉狀態。
[0023]該側泵激光模塊包括:漫反射腔，其中，漫反射腔包括腔體1，腔體I內設置有石英玻管2，石英玻管2內設置有激光增益介質4。在腔體I上沿激光增益介質的通光方向等間距設置有多個通光狹縫(圖中未示出)，激光增益介質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4進行制冷；通光狹縫處設置有半導體激光器組5以及配套熱沉6。所述半導體激光器組5中包括:不同發射波長的第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2 (發射波長由激光增益介質4決定)，第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2發射的泵浦光分別對應激光增益介質4的傳統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4進行泵浦，即綜合泵浦；第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器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，從而調整入射的綜合泵浦光的功率以及配比；第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2均圍繞所述激光增益介質的通光方向按角度成等間距分布，從而能夠分別實現對所述激光增益介質的均勻泵浦。第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2發射波長在激光增益介質4吸收帶內的泵浦光，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4，未被完全吸收的泵浦光穿過激光增益介質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4被吸收，如此反復反射和吸收，從而實現對激光增益介質4的有效泵浦，為其提供形成粒子數反轉，產生激光輻射所需的能量。
[0024]例如:激光增益介質4為Nd = YAG時，其傳統泵浦和共振泵浦波長分別為808nm和885nm，在腔體I上沿激光增益介質的通光方向等間距設置有多個通光狹縫，激光增益介質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4進行制冷；通光狹縫處設置有半導體激光器組5和配套熱沉6。
[0025]第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2發射的808nm和885nm泵浦光分別對應激光增益介質4的傳統泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，對Nd: YAG進行綜合泵浦；第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2均圍繞所述激光增益介質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；第一組半導體激光器5-1和第二組半導體激光器5-2的工作電流可分別單獨控制，以調節綜合泵浦光的功率配比。
[0026]實際應用中，熱效應是限制激光器性能的主要因素，為了降低激光器的熱負載比可減少808nm傳統泵浦光而增加885nm共振泵浦光；當熱效應影響不大,希望提高光光效率時，則可增加808nm傳統泵浦光而減少885nm共振泵浦光。
[0027]具體實現時，激光增益介質除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。相應地，如激光增益介質4為Nd: YLF晶體，則兩種波長的半導體激光器輸出波長分別為806nm和880nm ;如激光增益介質為Nd = YAG陶瓷，則兩種波長的半導體激光器輸出波長分別為808nm和885nm ;如激光增益介質為釹玻璃，則兩種波長的半導體激光器輸出波長分別為802nm和880nm ;在此不做贅述。
[0028]具體實現時，半導體激光器組5的數量可以為三組(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]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0030]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，其特征在于，所述側泵激光模塊包括:漫反射腔，所述漫反射腔包括腔體， 所述腔體內設置有石英玻管，所述石英玻管內設置有激光增益介質；所述激光增益介質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進行制冷；在所述腔體上沿所述激光增益介質的通光方向等間距設置有多個通光狹縫，所述通光狹縫處設置有半導體激光器組，所述半導體激光器組設置有配套熱沉；所述半導體激光器組包含有不同發射波長的第一組半導體激光器和第二組半導體激光器；所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器發射的泵浦光波長分別對應所述激光增益介質的傳統泵浦吸收帶和共振泵浦吸收帶，所述傳統泵浦光和所述共振泵浦光同時對所述激光增益介質進行泵浦，即綜合泵浦；所述第一組半導體激光器和第二組半導體激光器的工作電流均可單獨控制，從而能夠根據需要對入射的綜合泵浦光的功率配比進行調整。
2.根據權利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，其特征在于，所述第一組半導體激光器和第二組半導體激光器均圍繞所述激光增益介質的通光方向按角度成等間距分布，從而能夠分別實現對所述激光增益介質的均勻泵浦。
3.根據權利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，其特征在于，所述激光增益介質為:Nd:YAG晶體時，所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器的輸出波長分別為808nm和885nm。
4.根據權利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，其特征在于，所述激光增益介質為:Nd:YLF晶體時，所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器的輸出波長分別為806nm和880nm。
5.根據權利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，其特征在于，所述激光增益介質為釹玻璃時，所述第一組半導體激光器和所述第二組半導體激光器的輸出波長分別為802nm和880nm。
6.根據權利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，其特征在于，所述半導體激光器組的數量為三組、四組或五組。
7.根據權利要求1所述的一種雙波長綜合泵浦的側泵激光模塊，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 優先權日:2013年10月17日
【發明者】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