[發明專利]基于氣泡毛化的側泵激光模塊及應用其的固體激光器

在審

• 申請號: 201710016968.7
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106785859A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 林學春;趙偉芳;張玲;于海娟;劉燕楠;趙鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S3/0941
• 分類號: H01S3/0941;H01S3/042;H01S5/04;H01S5/024;H01S5/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于激光設備領域，更具體地涉及一種基于氣泡毛化的側泵激光模塊及應用其的固體激光器。

背景技術

LD(Laser Diode，激光二極管)泵浦固體激光器是一種用激光二極管泵浦固體激光增益介質的激光器。激光二極管用來泵浦固體激光器，相對于燈泵系統，具有方向性好、亮度高、光譜窄的特點，泵浦光能量空間分布相對集中。激光二極管陣列由于其具有電光轉換效率高、可靠性高、結構簡單和壽命長等優點，被新一代固體激光器廣泛采用。同時，激光晶體棒，如摻釹晶體棒等增益介質具有較寬和較強的光譜吸收帶，從而降低了對泵浦光的波長選擇和控制要求，使其激光閾值較低，容易實現激光振蕩。出射激光的光束質量較大程度地受到激光增益介質熱效應的影響，當激光增益介質內部增益分布不均勻時，在增益介質內產生較大的熱梯度，從而引起增益介質的熱透鏡及熱致雙折射等熱學效應，使得激光的光束質量變差；相反，當激光增益介質內部的增益分布均勻時，在增益介質內產生的熱學效應較小，從而有利于產生更好光束質量的激光。

為了使激光增益介質內的泵浦光分布更為均勻，通常市面上使用的多是采用三維泵浦，即采用三個激光二極管陣列分別相隔120度的方向排布；較好的激光模塊多采用五維泵浦，可以一定程度上使得泵浦光分布相對均勻。單純增加泵浦的維數雖然可以使泵浦光更為均勻，但是隨著維數的增加，激光模塊的封裝難度加大，成品合格率降低。為此我們需要研究使得泵浦光分布更為均勻的激光模塊封裝方法，以及如何在使用過程中使其泵浦光分布更為均勻的方法。

發明內容

基于以上技術問題，本發明的主要目的在于提出一種基于氣泡毛化的側泵激光模塊及應用其的固體激光器，用于解決以上技術問題中的至少之一。

為了達到上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提出一種基于氣泡毛化的側泵激光模塊，包括一晶體棒、一玻璃圓管、一空化裝置和一冷卻裝置，其中：

晶體棒的直徑小于玻璃圓管的內徑，且晶體棒置于玻璃圓管內；

冷卻裝置，用于向晶體棒提供冷卻液，冷卻液充斥于晶體棒與玻璃圓管管壁之間的空隙內；

空化裝置，用于使進入晶體棒與玻璃圓管管壁之間空隙的冷卻液空化產生氣泡。

進一步地，上述玻璃圓管具有一注液口和一排液口，注液口和排液口與冷卻裝置連接，用于注入或排出冷卻液。

進一步地，上述晶體棒的直徑為4～10mm，晶體棒與玻璃圓管管壁之間的間隙為1～3mm。

進一步地，上述晶體棒為釹玻璃晶體棒、摻釹釩酸釔晶體棒、釔鋁石榴石晶體棒、摻釹釩酸釓晶體棒或摻釹礬酸镥晶體棒。

進一步地，上述基于氣泡毛化的側泵激光模塊還包括一泵浦源，泵浦源由多個半導體激光器組成，多個半導體激光器等角度環置于晶體棒的側面。

進一步地，上述多個半導體激光器的發射光軸具有一定的偏離角，優選地，偏離角為2～10度。

進一步地，上述發射光軸的偏離角與多個半導體激光器的發散角、晶體棒及玻璃圓管的尺寸相匹配。

進一步地，上述空化裝置為微型超聲波發生裝置或引起壓強瞬間變化的機械結構。

進一步地，上述冷卻裝置包括一流量計和一流量閥，用于調節冷卻液的流量，冷卻液的流量為30～150L/min。

為了達到上述目的，作為本發明的另一個方面，本發明提出一種固體激光器，包括上述的基于氣泡毛化的側泵激光模塊。

本發明提出的基于氣泡毛化的側泵激光模塊及應用其的固體激光器，具有以下有益效果：

1、本發明由于采用空化裝置，使得進入晶體棒和玻璃圓管之間間隙的冷卻液產生一定的空化形成空化氣泡，用于形成氣泡毛化效應，從而半導體激光器發出的泵浦光在冷卻液中不完全遵循直線傳播原理，使得泵浦光在晶體棒中的分布更加均勻，減小熱透鏡及熱致雙折射等熱學效應，提高輸出激光的光束質量；

2、本發明設置半導體激光器具有一定的偏離角，使得泵浦光在晶體棒中的位置離中心軸具有一定距離，從而使得晶體棒中心的能量不至于過高，避免了較大的熱效應，同時能夠進一步促使泵浦光在晶體棒中的分布更加均勻，從而進一步提高輸出激光的光束質量；

3、本發明提出的基于氣泡毛化的側泵激光模塊可用于頻率變化激光器等對光束質量要求較高的情況，具有很大的社會經濟效益。

附圖說明

圖1是本發明一實施例提出的基于氣泡毛化的側泵激光模塊正面橫截面的結構示意圖；

圖2是本發明一實施例提出的基于氣泡毛化的側泵激光模塊的中心區域及泵浦源的側面橫截面的結構示意圖。