专利名称：采用柔性约束的固体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光领域，具体地，涉及ー种采用柔性约束的固体激光器。
背景技术：
激光自1960年发明以来，已经迅速成为社会进步发展的主要推动力量。固体激光器是应用最为广泛的ー类激光器，涉及科学研究、生产加工、国防军事、医疗生物等各个领域。固体増益介质件受热影响产生热透镜效应和热致双折射，导致激光器的输出功率和光束质量受到限制，是制约固体激光器进ー步发展和普及应用的重要因素。传统固体激光器的增益介质件一般为圆棒状，其轴对称结构使热效应便于抑制。但圆棒状介质散热效果不好，热影响非常严重。为了改善散热效果，逐渐将激光介质发展为板条形状，既加大了散热面积，加快了散热速度，又将ニ维热效应简化为ー维热效应，使热效应得到了抑制。然而对于高功率板条激光器而言，在板条的散热方向仍然存在很大的温差，从而产生热应力，导致光束畸变，随着泵浦功率的不断増加最終会造成板条增益介质件的永久性损坏。高功率固体激光器的冷却散热问题，引起了广泛关注和研究。2003年，美国Textron公司提出了一种用于高功率激光器振荡器和放大器的冷却方法，将增益介质件与高热导率的透明材料(如钻石等)通过折射率匹配层相连接，使得散热的主要方向沿着板条的轴向而非径向，缩短了热流路径，提高了散热能力。2005年,美国General Atomics公司提出了ー种液体直接冷却板条型增益介质件的结构，通过冷却液从各增益介质件之间流过板条的通光面而将热量带走，从而达到冷却的作用。值得注意的是，专利中强调各増益介质件通过刚性约束固定(rigidly held)。固体增益介质件中热应カ的产生有两种途径，一种是增益介质件内部由于热梯度而引起的内部热应力，另ー种是由于増益介质件受热膨胀时，位移受到外部夹持和固定装置的限制而引起的附加热应力。上述方案的出发点都是提高散热能力，从而减小内部热应力，取得了一定的改善效果。然而，对于如何减小附加热应力，现有技术中还没有好的解决方案。因而当激光器的泵浦功率较高时，増益介质件仍会因过高的热应カ而断裂。
发明内容
本发明g在至少解决上述技术问题。为此，本发明需要提供一种采用柔性约束的固体激光器，所述固体激光器能够使增益介质件不产生附加热应カ。根据本发明的一方面，提供了一种采用柔性约束的固体激光器，包括保持部件；増益介质件，所述增益介质件具有泵浦面且所述増益介质件通过柔性固定件安装在所述保持部件上；和泵浦源，所述泵浦源用于朝向所述泵浦面照射泵浦光。根据本发明的采用柔性约束的固体激光器，柔性固定件将增益介质件柔性固定在保持部件上。当増益介质件受热膨胀时，柔性固定件将会随着増益介质件的膨胀而产生变形，而不会限制增益介质件因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使固体激光器高功率运转而使得增益介质件内部产生一定的热梯度，增益介质件也几乎不会产生附加热应力。另外，根据本发明的采用柔性约束的固体激光器，还可以具有如下附加的技术特征根据本发明的一个实施例，所述泵浦源为单个或多个激光二极管，且所述泵浦源的泵浦方式为连续式或脉冲式。根据本发明的一个实施例，所 述增益介质件为片状。根据本发明的一个实施例，所述增益介质件的厚度小于或等于I厘米。根据本发明的一个实施例，所述增益介质件由激光晶体、激光玻璃、激光塑料和激光陶瓷中的一种制成。根据本发明的一个实施例，所述增益介质件的掺杂区域的形状为矩形、圆形和椭圆形中的至少一种。根据本发明的一个实施例，所述保持部件为箱体状且限定有空腔，所述空腔具有用于向所述空腔内供给冷却介质的冷却介质进口和用于从所述空腔排出冷却介质的冷却介质出口，所述保持部件的前壁上设有透光的前窗，所述保持部件的后壁上设有透光的后窗，所述增益介质件通过所述柔性固定件设在所述空腔内。根据本发明的一个实施例，所述增益介质件为多个，且所述多个增益介质件间隔开地设在所述空腔内。根据本发明的一个实施例，所述多个增益介质件沿前后方向彼此间隔开设置。根据本发明的一个实施例，所述多个增益介质件分为多组，所述多组增益介质件沿上下方向彼此间隔开设在所述空腔内，且每一组内的增益介质件为单个或沿前后方向彼此间隔开设置的多个。根据本发明的一个实施例，所述冷却介质为冷却液。根据本发明的一个实施例，所述冷却介质的折射率与所述增益介质件的折射率匹配。根据本发明的一个实施例，所述采用柔性约束的固体激光器为振荡器或放大器。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是本发明的第一实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。图2是本发明的第二实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。图3是本发明的第三实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。图4是本发明的第四实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。图5是图I至图4所示的采用柔性约束的固体激光器的冷却效果示意图。图6是图I至图4所示的采用柔性约束的固体激光器的增益介质件的结构示意图。
图7和图8是图6所示的采用柔性约束的固体激光器的増益介质件的B-B剖视图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。下面将结合附图来描述根据本发明的采用柔性约束的固体激光器。其中图I是本发明的第一实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。图2是本发明的第二实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。图3是本发明的第三实施例的采用柔性约束的固体激光器的结构示意图。如图I至图4所示，本发明实施例的采用柔性约束的固体激光器具有保持部件I、増益介质件2、柔性固定件3和泵浦源4。増益介质件2通过柔性固定件3安装在所述保持部件I上，泵浦源4用于朝向増益介质件2的泵浦面照射泵浦光，为增益介质件2中的粒子反转提供光能。根据本发明实施例的上述固体激光器，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生变形，而不会限制増益介质件2因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使固体激光器高功率运转，使増益介质件2内部产生一定的热梯度，増益介质件2也几乎不会产生附加热应力。以下将參照附图对本发明的各实施例进行详细描述。<第一实施例>如图I所示，本发明第一实施例的采用柔性约束的固体激光器是ー种激光振荡器，包括保持部件I、増益介质件2、柔性固定件3、泵浦源4和光学谐振腔5。保持部件I如图I和图5所示，保持部件i形成为箱体状，其内部限定有用于容纳増益介质件2和柔性固定件3的空腔11。保持部件I的前侧壁上设有供光线透过的前窗12，后侧壁上设有供光线透过的后窗13。前窗12和后窗13上可以镀有与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。
空腔11具有用于向该空腔11内供给冷却介质的介质进ロ SI和用于将冷却介质排出所述空腔11的介质出口 S2。并且，空腔11的内壁和增益介质件2之间还具有间隙。在激光振荡器(特别是高功率激光振荡器)工作时，冷却介质能够经介质进ロ SI进入空腔11并通过空腔11的内壁和増益介质件2之间的间隙，然后经介质出口 S2排出，将增益介质件2工作过程中产生的热量带走，减小增益介质件2的内部热应力。另外，空腔11的介质进ロ SI侧还可以设置分流件14 (例如分流块)，使冷却介质能够均匀地流向各个间隙，从而对增益介质件2进行充分的冷却。冷却介质可以为本领域中使用的各种能够起到冷却作用的介质，如冷却液、空气等。本实施例中，优选使用冷却液对增益介质件2进行冷却，以使激光振荡器具有良好的冷 却效果。另外，为了减少激光在传播过程中的损耗，优选使冷却介质的折射率与増益介质件的折射率匹配。增益.介质件2増益介质件2能够在泵浦源4的照射下产生激光，其可以为各种形状。在本实施例中，増益介质件2优选为片状，以增大散热面积，改善散热效果。并且，増益介质件2的厚度优选不超过I厘米，从而进一歩加快散热速度，减小内部热应力。増益介质件2可以使用例如激光晶体、激光玻璃、激光塑料和激光陶瓷等材料制造。并且，増益介质件2的各表面上可以镀有与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。此外，如图6-8所示，増益介质件2的掺杂区域18可以根据需要形成为任意数目，并且所形成的掺杂区域18可以形成为如矩形、圆形和椭圆形等形状。另外，为了提高激光振荡器的工作效率，本实施例的激光振荡器可以设置多个增益介质件2。如图I所示，多个增益介质件2通过柔性固定件3间隔地设置在保持部件I的空腔11内。更具体地，上述多个增益介质件2沿前后方向(即，图I中所示的左右方向)彼此间隔地设置。这样，増益介质件2与相邻的增益介质件2之间便会形成间隙，冷却介质能够从上述间隙内流过，将增益介质件2工作过程中产生的热量带走，减小增益介质件2的内部热应力。柔件固定件3柔性固定件3可以由聚四氟、橡胶等柔性材料制成，从而能够将增益介质件2柔性地固定于保持部件I。这样，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生弹性变形，使増益介质件2的热膨胀不受到任何限制，从而减小甚至消除增益介质件2产生附加热应力。柔性固定件3可以形成为各种结构，只要能够对增益介质件2进行柔性固定即可。根据本发明的一个实施例，如图I中所示，柔性固定件3内可以形成有凹槽，该凹槽的数目与増益介质件2的数目相对应，用于卡定増益介质件2。泵浦源4泵浦源4用于对增益介质件2的泵浦面进行照射，为增益介质件2中的粒子数反转提供光能，其可以为激光器领域中使用的任意一种或多种泵浦源。本实施例中，泵浦源4优选为单个或多个激光二极管，并且激光二极管对増益介质件2的泵浦方式为连续式或脉冲式。另外，泵浦源4可以单独从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，也可同时从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，具体方式应根据需要而定。本实施例中，泵浦源4从增益介质件2的至少ー个端面对增益介质件2进行端面泵浦，以提高泵浦效率。光学谐振腔5如图I所示，光学谐振腔5具有反射镜51和输出镜52。反射镜51设置在保持部件I的前侧，镀有与激光光的束波长对应的高反射光学薄膜，输出镜52设置在保持部件I的后侧，镀制的光学薄膜对于激光光束的波长具有一定的透过性。在激光振荡器工作过程中，一部分激光在反射镜51输出镜52之间来回反射发生震荡，另一部分激光则从输出镜52透射而出，供使用者利用。另外，本实施例中，反射镜51和输出镜52在保持部件I的前后两侧倾斜设置，以使在全反射镜51和输出镜52之间来回反射的激光的传播方向与増益介质件2的前端面和后端面的夹角小于90度。本实施例的激光振荡器如图I所示，当増益介质件2因泵浦源4的照射而产生受激辐射达到反射镜51和输出镜52时，将会被反射镜51和输出镜52再次反射回増益介质件2，诱发新的受激辐射。进ー步放大的受激辐射将会在谐振腔5中来回震荡，产生激光从输出镜52侧输出。在此过程中，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生变形，而不会限制増益介质件2因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使激光振荡器高功率运转，使増益介质件2内部产生一定的热梯度，増益介质件2也几乎不会产生附加热应力。〈第二实施例〉如图2所示，本发明第二实施例的采用柔性约束的固体激光器是ー种激光放大器，包括保持部件I、増益介质件2、柔性固定件3和泵浦源4。保持部件I如图2和图5所示，保持部件I形成为箱体状，其内部限定有空腔11，用于容纳增益介质件2和柔性固定件3。保持部件I的前侧壁上设有供光线透过的前窗12，后侧壁上设有供光线透过的后窗13，前侧壁和后侧壁之间的周壁上设有供光线透过的透光孔。前窗12和后窗13上可以镀有与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。空腔11具有用于向该空腔11内供给冷却介质的介质进ロ SI和用于将冷却介质排出所述空腔11的介质出口 S2。并且，空腔11内壁和增益介质件2之间还具有间隙。在激光放大器(特别是高功率激光放大器)工作时，冷却介质就能够经介质进ロ SI进入空腔11并通过空腔11内壁和増益介质件2之间的间隙，然后经介质出ロ S2排出，将增益介质件2工作过程中产生的热量带走，减小增益介质件2的内部热应力。另外，空腔11的介质进ロ SI侧还可以设置分流件14，使冷却介质能够均匀地流向各个间隙，对增益介质件2进行充分的冷却。冷却介质可以为本领域中使用的各种能够起到冷却作用的介质，如冷却液、空气等。本实施例中，优选使用冷却液对增益介质件2进行冷却，以使激光放大器具有良好的冷却效果。另外，为了减少激光在传播过程中的损耗，优选使冷却介质的折射率与増益介质件的折射率匹配。如图2所示，本实施例中设置有两个保持部件1，两个保持部件I前后间隔布置，设置在前侧的保持部件I的后窗与设置在后侧的保持部件I的前窗相对，从而使激光能够先后经过两个保持部件I，通过两个保持部件I内的増益介质件2对激光进行放大。当然，本发明的保持部件I的数目并不限于此，也可以根据需要按照上述方式设置两个以上的保持部件。增益.介质件2増益介质件2能够在泵浦源4的照射下产生激光，其可以为各种形状。在本实施例中，増益介质件2优选为片状，以增大散热面积，改善散热效果。并且，増益介质件2的厚 度优选不超过I厘米，从而进一歩加快散热速度，减小内部热应力。増益介质件2可以使用例如激光晶体、激光玻璃、激光塑料和激光陶瓷等材料制造。并且，増益介质件2的各表面上可以镀制与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。同时，如图6-8所示，増益介质件2的掺杂区域18可以根据需要形成为任意数目，并且所形成的掺杂区域18可以形成为如矩形、圆形和椭圆形等形状。另外，为了提高激光放大器的工作效率，本实施例的激光放大器可以设置多个增益介质件2。如图I所示，多个增益介质件2通过柔性固定件3间隔地设置在保持部件I的空腔11内。更具体地，上述多个增益介质件2沿前后方向彼此间隔地设置。这样，増益介质件2与相邻的增益介质件2之间便会形成间隙，冷却介质能够从上述间隙内流过，将增益介质件2工作过程中产生的热量带走，减小增益介质件2的内部热应力。另外，増益介质件2的周壁上设有供光线透过的透光孔，在装配状态下，该透光孔能够与上述的保持部件I的透光孔相対，以允许光线照射増益介质件2的侧面。柔件固定件3柔性固定件3可以由聚四氟、橡胶等柔性材料制成，从而能够将增益介质件2柔性地固定于保持部件I。这样，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生弹性变形，使増益介质件2的热膨胀不受到任何限制，从而减小甚至消除增益介质件2产生附加热应力。柔性固定件3可以形成为各种结构，只要能够对增益介质件2进行柔性固定即可。根据本发明的一个实施例，如图2中所示，柔性固定件3内可以形成有凹槽，该凹槽的数目与増益介质件2的数目相对应，用于卡定増益介质件2。泵浦源4泵浦源4用于对增益介质件2的泵浦面进行照射，为增益介质件2中的粒子数反转提供光能，其可以为激光器领域中使用的任意一种或多种泵浦源。本实施例中，泵浦源4优选为单个或多个激光二极管，并且激光二极管对増益介质件2的泵浦方式为连续式或脉冲式。另外，泵浦源4可以单独从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，也可同时从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，具体方式应根据需要而定。本实施例中，如上所述，泵浦源4通过保持部件I和柔性固定件3上的透光孔对增益介质件2进行侧面泵浦。本实施例的激光放大器如图2所示，当増益介质件2在激光放大过程中受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生变形，而不会限制増益介质件2因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使激光放大器高功率运转，使増益介质件2内部产生一定的热梯度，増益介质件2也几乎不会产生附加热应力。<第三实施例>
如图3所示，本发明第三实施例的采用柔性约束的固体激光器是ー种激光振荡器，包括保持部件I、増益介质件2、柔性固定件3、泵浦源4和光学谐振腔5。保持部件I如图3和图5所示，保持部件I形成为箱体状，其内部限定有沿上下方向分布的三个空腔11，即第一空腔111、第二空腔112和第三空腔113，用于容纳增益介质件2和柔性固定件3。保持部件I的前侧壁上设有供光线透过的前窗12，后侧壁上设有供光线透过的后窗13。前窗12和后窗13上可以镀有与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。空腔11具有用于向该空腔11内供给冷却介质的介质进ロ SI和用于将冷却介质排出所述空腔11的介质出口 S2。并且，空腔11内壁和增益介质件2之间还具有间隙。在激光振荡器(特别是高功率激光振荡器)工作时，冷却介质就能够经介质进ロ SI进入空腔11并通过空腔11内壁和増益介质件2之间的间隙，然后经介质出口 S2排出，将增益介质件2工作过程中产生的热量带走，减小增益介质件2的内部热应力。另外，空腔11的介质进ロ SI侧还可以设置分流块14，使冷却介质能够均匀地流向各个间隙，对增益介质件2进行充分的冷却。冷却介质可以为本领域中使用的各种能够起到冷却作用的介质，如冷却液、空气等。本实施例中，优选使用冷却液对增益介质件2进行冷却，以使激光振荡器具有良好的冷却效果。另外，为了减少激光在传播过程中的损耗，优选使冷却介质的折射率与増益介质件的折射率匹配。增益介质件2増益介质件2能够在泵浦源4的照射下产生激光，其可以为各种形状。在本实施例中，増益介质件2优选为片状，以增大散热面积，改善散热效果。并且，増益介质件2的厚度优选不超过I厘米，从而进一歩加快散热速度，减小内部热应力。増益介质件2可以使用例如激光晶体、激光玻璃、激光塑料和激光陶瓷等材料制造。并且，増益介质件2的各表面上可以镀制与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。同时，如图6、图7和图8所示，増益介质件2的掺杂区域18可以根据需要形成为任意数目，并且所形成的掺杂区域18可以形成为如矩形、圆形和椭圆形等形状。另外，为了提高激光振荡器的工作效率，本实施例的激光振荡器设置有多个增益介质件2。如图3所示，激光振荡器设有三个增益介质件2，三个增益介质件2分别沿上下方向彼此间隔地设置在对应的三个空腔11内。并且，在第一空腔111和第二空腔112的后窗侧设置有用于使激光偏转180度的第一光偏转元件61，在第二空腔112和第三空腔113的前窗侧设置有用于使激光偏转180度的第二光偏转元件62。在激光振荡器工作过程中，来自第一空腔111的激光经过第一光偏转元件61偏转后入射到第二空腔112，再通过第二光偏转元件62偏转而入射到第三空腔113。第一光偏转元件61和第二光偏转元件62可以为各种能够使光轴偏转180度的元件，只要能实现其功能即可。例如，在本发明的一个实施例中，如图3所不,第一光偏转兀件61和第二光偏转兀件62可以均为直角三棱镜。当然，本实施方式不限于此，例如，也可以如第一实施例那样，在每个空腔11内通过柔性固定件3沿前后方向间隔地设置多个增益介质件2，或者仅在个别的空腔11内设置多个增益介质件2。柔件固定件3柔性固定件3可以由聚四氟、橡胶等柔性材料制成，从而能够将增益介质件2柔性地固定于保持部件I。这样，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生弹性变形，使増益介质件2的热膨胀不受到任何限制，从而减小甚至消除增益介质件2产生附加热应力。柔性固定件3可以形成为各种结构，只要能够对增益介质件2进行柔性固定即可。根据本发明的一个实施例，如图3所示，柔性固定件3内 可以形成有凹槽，该凹槽的数目与増益介质件2的数目相对应，用于卡定増益介质件2。泵浦源4泵浦源4用于对增益介质件2的泵浦面进行照射，为增益介质件2中的粒子数反转提供光能，其可以为激光器领域中使用的任意一种或多种泵浦源。本实施例中，泵浦源4优选为单个或多个激光二极管，并且激光二极管对増益介质件2的泵浦方式为连续式或脉冲式。另外，泵浦源4可以单独从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，也可同时从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，具体方式应根据需要而定。本实施例中，泵浦源4从增益介质件2的至少ー个端面对增益介质件2进行端面泵浦，以提高泵浦效率。光学谐振腔5如图I所不,光学谐振腔5具有反射镜51和输出镜52。反射镜51设置在第一空腔111的前侧，镀有与激光光的束波长对应的高反射光学薄膜。输出镜52设置在第三空腔113的后侧，镀制的光学薄膜对于激光光束的波长具有一定的透过性。在激光振荡器工作过程中，一部分激光在反射镜51和输出镜52之间来回反射发生震荡，另一部分激光则从输出镜52透射而出，供使用者利用。另外，本实施例中，反射镜51和输出镜52被设置为与増益介质件2的端面平行，以使在全反射镜51和输出镜52之间来回反射的激光的传播方向与増益介质件2的前端面和后端面的夹角为90度。本实施例的激光振荡器如图3所示，当増益介质件2因泵浦源4的照射而产生受激辐射经第一光偏转元件61和第二光偏转元件62达到反射镜51和输出镜52时，将会被反射镜51和输出镜52再次反射回増益介质件2，诱发新的受激辐射。进ー步放大的受激辐射将会在谐振腔5中来回震荡，产生激光从输出镜52侧输出。在此过程中，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生变形，而不会限制増益介质件2因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使激光振荡器高功率运转，使増益介质件2内部产生一定的热梯度，増益介质件2也几乎不会产生附加热应力。〈第四实施例〉如图4所示，本发明第四实施例的采用柔性约束的固体激光器是ー种激光放大器，包括保持部件I、増益介质件2、柔性固定件3和泵浦源4。保持部件I如图4和图5所示，保持部件I形成为箱体状，其内部限定有沿上下方向分布的三个空腔11(第一空腔111、第二空腔112和第三空腔113)，用于容纳增益介质件2和柔性固定件3。保持部件I的前侧壁上设有供光线透过的前窗12，后侧壁上设有供光线透过的后窗13，前侧壁和后侧壁之间的周壁上设有供光线透过的透光孔。前窗12和后窗13上可以镀有与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。空腔11具有用于向该空腔11内供给冷却介质的介质进ロ SI和用于将冷却介质排出所述空腔11的介质出口 S2。并且，空腔11内壁和增益介质件2之间还具有间隙。在激光放大器(特别是高功率激光放大器)工作时，冷却介质就能够经介质进ロ SI进入空腔11并通过空腔11内壁和増益介质件2之间的间隙，然后经介质出ロ S2排出，将增益介质件2工作过程中产生的热量带走，减小增益介质件2的内部热应力。另外，空腔11的介质进ロ SI侧还可以设置分流块14，使冷却介质能够均匀地流向各个间隙，对增益介质件2进行充分的冷却。冷却介质可以为本领域中使用的各种能够起到 冷却作用的介质，如冷却液、空气等。本实施例中，优选使用冷却液对增益介质件2进行冷却，以使激光放大器具有良好的冷却效果。另外，为了减少激光在传播过程中的损耗，优选使冷却介质的折射率与増益介质件的折射率匹配。增益.介质件2増益介质件2能够在泵浦源4的照射下产生激光，其可以为各种形状。在本实施例中，増益介质件2优选为片状，以增大散热面积，改善散热效果。并且，増益介质件2的厚度优选不超过I厘米，从而进一歩加快散热速度，减小内部热应力。増益介质件2可以使用例如激光晶体、激光玻璃、激光塑料和激光陶瓷等材料制造。并且，増益介质件2的各表面上可以镀有与泵浦光的波长相对应的高透射光学薄膜，以减少泵浦光的损耗。同时，如图6-8所示，増益介质件2的掺杂区域18可以根据需要形成为任意数目，并且所形成的掺杂区域18可以形成为如矩形、圆形和椭圆形等形状。另外，为了提高激光放大器的工作效率，如图I所示，本实施例的激光放大器设置有多个增益介质件2，多个增益介质件2分为三组，分别沿上下方向彼此间隔地设置在对应的三个空腔11内，多个增益介质件2分别沿前后方向间隔地设置在第一空腔111和第三空腔113内。并且，在第一空腔111和第二空腔112的后窗侧设置有用于使激光偏转180度的第一光偏转元件61，在第二空腔112和第三空腔113的前窗侧设置有用于使激光偏转180度的第二光偏转元件62。在激光放大器工作过程中，来自第一空腔111的激光经过第一光偏转元件61偏转后入射到第二空腔112，再通过第二光偏转元件62偏转而入射到第三空腔113。另外，増益介质件2的周壁上设有供光线透过的透光孔，在装配状态下，该透光孔能够与上述的保持部件I的透光孔相対，以允许光线照射増益介质件2的侧面。柔件固定件3柔性固定件3可以由聚四氟、橡胶等柔性材料制成，从而能够将增益介质件2柔性地固定于保持部件I。这样，当増益介质件2受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生弹性变形，使増益介质件2的热膨胀不受到任何限制，从而减小甚至消除增益介质件2产生附加热应力。柔性固定件3可以形成为各种结构，只要能够对增益介质件2进行柔性固定即可。根据本发明的一个实施例，如图4中所示，柔性固定件3内可以形成有凹槽，该凹槽的数目与増益介质件2的数目相对应，用于卡定増益介质件2。泵浦源4泵浦源4用于对增益介质件2的泵浦面进行照射，为增益介质件2中的粒子数反转提供光能，其可以为激光器领域中使用的任意一种或多种泵浦源。本实施例中，泵浦源4优选为单个或多个激光二极管，并且激光二极管对増益介质件2的泵浦方式为连续式或脉冲式。另外，泵浦源4可以单独从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，也可同时从端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，具体方式应根据需要而定。本实施例中，泵浦源4同时从增益介质件2的端面或侧面对増益介质件2进行泵浦，以提高泵浦效率。本实施例的激光放大器如图4所示，当増益介质件2在激光放大过程中受热膨胀时，柔性固定件3将会随着増益介质件2的膨胀而产生变形，而不会限制増益介质件2因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使激光放大器高功率运转，使増益介质件2内部产生一定的热梯度，増益介质件2也几乎不会产生附加热应力。在本说明书的描述中，參考术语“ー个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“ー些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少ー个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗g的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，包括 保持部件； 增益介质件，所述增益介质件具有泵浦面且所述增益介质件通过柔性固定件安装在所述保持部件上；和 泵浦源，所述泵浦源用于朝向所述泵浦面照射泵浦光。
2.根据权利要求I所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述泵浦源为单个或多个激光二极管，且所述泵浦源的泵浦方式为连续式或脉冲式。
3.根据权利要求I所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述增益介质件为片状。
4.根据权利要求3所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述增益介质件的厚度小于或等于I厘米。
5.根据权利要求I所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述增益介质件由激光晶体、激光玻璃、激光塑料和激光陶瓷中的一种制成。
6.根据权利要求I所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述增益介质件的掺杂区域的形状为矩形、圆形和椭圆形中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述保持部件为箱体状且限定有空腔，所述空腔具有用于向所述空腔内供给冷却介质的冷却介质进口和用于从所述空腔排出冷却介质的冷却介质出口，所述保持部件的前壁上设有透光的前窗，所述保持部件的后壁上设有透光的后窗，所述增益介质件通过所述柔性固定件设在所述空腔内。
8.根据权利要求7所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述增益介质件为多个，且所述多个增益介质件间隔开地设在所述空腔内。
9.根据权利要求8所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述多个增益介质件沿前后方向彼此间隔开设置。
10.根据权利要求8所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述多个增益介质件分为多组，所述多组增益介质件沿上下方向彼此间隔开设在所述空腔内，且每一组内的增益介质件为单个或沿前后方向彼此间隔开设置的多个。
11.根据权利要求7所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述冷却介质为冷却液。
12.根据权利要求11所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述冷却介质的折射率与所述增益介质件的折射率匹配。
13.根据权利要求I所述的采用柔性约束的固体激光器，其特征在于，所述采用柔性约束的固体激光器为振荡器或放大器。
全文摘要
本发明公开了一种采用柔性约束的固体激光器，包括保持部件(1)；增益介质件(2)，所述增益介质件(2)具有泵浦面且所述增益介质件(2)通过柔性固定件(3)安装在所述保持部件上(1)；和泵浦源(4)，所述泵浦源(4)用于朝向所述泵浦面照射泵浦光。根据本发明的采用柔性约束的固体激光器，当增益介质件受热膨胀时，柔性固定件将会随着增益介质件的膨胀而产生变形，而不会限制增益介质件因热膨胀而产生的微小位移。这样，即使固体激光器高功率运转而使得增益介质件内部产生一定的热梯度，增益介质件也几乎不会产生附加热应力。
文档编号H01S3/02GK102629728SQ20121009814
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者付星, 刘欢, 巩马理, 张海涛, 李沛霖, 柳强, 闫平, 黄磊 申请人:清华大学