[發明專利]一種浸沒式冷卻固體激光器

有效

• 申請號: 201410264286.4
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104064955B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 佘江波;彭波;聶榮志;趙朋飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/0941;H01S3/042
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 倪金榮

技術領域

本發明屬激光器技術領域，涉及一種激光器，具體涉及一種浸沒式冷卻固體激光器。

背景技術

固體激光器具有輸出能量大，峰值功率高等特點，在工業制造、國防、高能物理研究等領域有著廣泛的應用。隨著激光技術的進步，高功率強激光技術目前己成為固體激光器發展一個重要方向。但固態激光系統由于泵浦過程中的斯塔克斯譜移、量子虧損、無用泵浦吸收帶等原因，會產生大量的廢熱，導致增益介質的熱透鏡、應力、退偏、雙折射，甚至產生破壞性不可逆損，從而限制了它的重復使用率、使用范圍、運轉周期和壽命。美國利弗莫爾國家實驗室提出了采用激光器工作過程中不冷卻，停止運轉后對工作介質進行強制快速致冷的固體激光器熱容模式(IEEE J.Quantum Electron.,31:293-300)。該方法在一定程度上提高了熱管理效率，改善了輸出光束質量，提高了平均輸出功率和工作效率，但無法實現冷卻和激光輸出同時進行，必須采用脫機冷卻的工作方式，大大影響了激光器工作的穩定性和效率，并未從根本上解決工作過程中的熱效問題。美國通用公司提出了采用分布式激光增益介質的激光器，將增益介質切割為一定厚度的薄片，按照一定角度陣列排布，冷卻液體從陣列薄片四周流動，實現激光器運轉和冷卻同時進行(專利US7366211B2)。該方法提高了冷卻液和激光增益介質的熱交換效率，可以有效的提高固體激光器的冷卻效果，但增益介質呈一定角度重復排列必然造成光路的偏折，給光路的設計及調整帶來一定挑戰。

發明內容

為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發明提出一種浸沒式冷卻固體激光器，有效的避免了光路偏折，實現大口徑激光輸出和冷卻同時進行，提高了激光器的輸出功率和工作效率，降低激光泵浦過程中增益介質的熱累積。

本發明的技術方案為：一種浸沒式冷卻固體激光器，其特殊之處在于：包括流動增益池、與流動增益池依次連接的熱交換器、折射率匹配液儲液池、流動循環泵和流量控制器；所述流動增益池兩端分別通過折射率匹配液出口和折射率匹配液進口與熱交換器和流量控制器連接從而形成閉路的冷卻循環系統；上述流動增益池外部還設置有諧振腔與半導體激光泵浦源；

上述諧振腔由全反射鏡和輸出鏡組成；

上述折射率匹配液儲液池內裝有折射率匹配液；

上述流動增益池內部在通光方向設置有呈布儒斯特角“八字型”對稱擺放的激光增益介質；流動增益池四周還設置有通光窗口；

上述激光增益介質為片狀摻釹激光玻璃或晶體材料，且增益介質的泵浦光和激光輸出方向垂直；

上述半導體激光泵浦源波長為800～808納米；

上述激光增益介質厚度為0.1～10mm,邊長為10～100mm；

上述折射率匹配液為有機溶劑或其混合物；

上述全反鏡為平面鏡鍍1048～1070納米全反膜；

上述輸出鏡為凹面鏡；

上述通光窗口鍍有800～808納米增透膜石英窗口片。

本發明的優點如下：

該浸沒式冷卻固體激光器，采用激光性能的片狀摻釹晶體或玻璃作為激光增益介質，可以充分發揮固體激光器優異的光譜特性，實現大口徑激光輸出；同時采用液體對激光工作物質直接進行浸沒式冷卻，大大提高了熱管理效率，極限熱功率負載大幅提高，從而允許注入更高的泵浦功率并大幅提高激光輸出功率和頻率。將固體材料加工為薄片，可以直接提高增益介質的散熱面積，提高了增益介質和冷卻液的熱交換效率；增益介質在流動池中可以單片或多片為一組，每組間呈“八字型”對稱擺放，可以實現增益介質的陣列排放，而不會產生光路偏折。增益介質的泵浦光和激光輸出方向垂直，方便泵浦源的空間擺放，可以實現單元模塊的串聯激光放大，更容易實現高能量激光輸出。

附圖說明

圖1為本發明的浸沒式冷卻固體激光器意圖；

圖2為本發明的浸沒式冷卻固體激光器匹配液流動循環示意圖；

圖3為本發明的浸沒式冷卻固體激光器激光輸出圖譜；

圖4為本發明的浸沒式冷卻固體激光器激光輸出斜率效率；

其中1-輸出鏡，2-全反鏡，3-半導體激光泵浦源，4-流動增益池，5-激光增益介質，6a-折射率匹配液進口，6b-折射率匹配液出口，7-激光輸出通光窗口，8-泵浦光通光窗口，9-熱交換器，10-折射率匹配液儲液池，11-流動循環泵，12-流量控制器。

具體實施方式