专利名称：一种高功率半导体泵浦的固体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，尤指半导体泵浦的高功率固体激光器。
技术背景固体激光器向高功率发展的最大障碍是激光增益介质的热效应。在半导体 泵浦的固体激光器中，为减少热透镜效应和获得高功率输出，人们提出了板条 激光器和薄片激光器。采用激光增益介质薄片可以实现热流近一维分布，因而是解决固体激光器 热效应的有效手段之一，但许多因素都会影响薄片的一维热分布。对薄片热分 布的主要影响因素进行的计算分析表明，在均匀泵浦条件下，泵浦区径向温度 的均匀性不仅和泵浦区面积与薄片厚度之比有关，而且和冷却区与泵浦区的相 关尺寸有关。合理设计薄片的散热冷却结构可以使薄片径向温度分布近似均匀， 大大降低介质的热透镜效应从而实现热流近一维分布。一文献号为CN100364188C的发明专利公开了一种侧面泵浦薄片激光器及其 制备方法，该激光器包括LD阵列、贴热沉晶体薄片、耦合输出镜，该晶体薄片 正视中心为掺杂增益介质圆柱状薄片晶体，外部为正n边形非掺杂非规结构 晶体，化6且为偶数，该正n边形中心有一圆柱孔；该晶体薄片侧视上下两端 的非规结构晶体为对称的等腰梯形，该等腰梯形的上底边长等于掺杂增益介质 圓柱状薄片晶体的高；圆柱状薄片晶体镀振荡激光全反射膜的面贴微通道冷却 热沉；n个LD阵列固定于非掺杂非规结构晶体的外侧面周围。该激光器结构复 杂，制备过程繁瑣，不适合大批量生产。 发明内容本发明要解决的技术问题是针对上述侧面泵浦的薄片激光器存在的问题， 提供一种具有简单结构的激光增益介质薄片，适于批量生产的高功率半导体泵 浦的固体激光器。本发明的技术方案是 一种高功率半导体泵浦的固体激光器，其包括泵浦 源，激光增益介质和谐振腔，其特征在于所述激光增益介质为由激光增益介 质薄片和光学附片拼叠而成的复合激光增益介质片，光学附片由与激光增益介 质相应的基质材料或其它导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相近 的材料制成，此复合介质片的拼叠方式为光胶、深化光胶或者胶层。跟现有技术相比，本发明的有益效果是本发明将激光增益介质薄片与光 学附片通过光胶、深化光胶或者胶层等方式拼叠而成复合激光增益介质片，其结构简单，制备容易。光胶膜层或胶层折射率较低，光学附片与激光增益介质 薄片折射率较高，由折射定律可知该复合激光增益介质片内易发生全内反射， 泵浦源发出的光绝大部分被激光增益介质薄片吸收。这样激光所产生的热较均 匀地分散在激光增益介质薄片中并被周围的光学附片吸收，从而实现热流近一 维分布。因此这种结构的激光器可以实现高功率、高质量光束的激光输出。
图la为本发明第一实施例的泵浦源采用激光二才及管的结构图； 图lb为本发明第一实施例的泵浦源采用激光二4l管阵列的结构图； 图2a为本发明第一种复合激光增益介质片的主一见图； 图2b为图2a左-见图； 图2c为图2a俯^L图；图3为本发明第二种复合激光增益介质片结构图； 图4为本发明第三种复合激光增益介质片结构图； 图5为具有复合激光增益介质片的微片式倍频激光器件结构图； 图6为本发明第二实施例结构图； 图7为本发明第三实施例结构图； 图8为本发明第四实施例结构图； 图9为本发明第五实施例结构图。
具体实施方式
如图la、 lb所示，本发明高功率半导体泵浦的固体激光器包括泵浦源、激 光增益介质和谐振腔；泵浦源为激光二极管111或激光二极管阵列115;激光增 益介质为由激光增益介质薄片105B和光学附片拼叠而成的复合激光增益介质片 114;谐振腔为平凹腔，前腔片Sl以镀膜的方式设在复合激光增益介质片114 的一个表面，后腔片S2以镀膜的方式设在输出腔镜113的凹面；复合激光增益 介质片114与输出腔镜113之间设有光学元件112,此光学元件可以是倍频晶体 或被动调Q晶体，从而构成高功率倍频激光器或高功率调Q激光器。如图2a、 2b、 2c所示，复合激光增益介质片114分为相互平行的A、 B、 C 三层，相邻两层一般通过深化光胶粘结。各层统一分为九个区，其分别为101 (IOIA， 101B, 101C) , 102 ( 102A， 102B, 102C)，……，109 ( 109A, 109B, 109C);各区交结处为低折射率的光胶膜层或低应力与低折射率的胶层110。复 合激光增益介质片114的中心处即B层的105区设有激光增益介质(如Nd:Y0V4、 Nd:YAG或类似激光晶体)薄片105B,其余26片均为由与激光增益介质相应的 基质材料(如YV04、 YAG或类似基质材料)或其他导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相近的材料制成的光学附片。Si02光胶膜层1101、 1102、 1103、 1104折射率较低，约为1.5;光学附片104B、激光增益介质薄片105B、 光学附片106B折射率较高，如当光学附片104B、激光增益介质薄片105B、光 学附片106B分别为YV04、 Nd: Y0V4、 YV04晶体时，其折射率为2. 0 ~ 2. 2;由 折射定律可知YV04晶体内发生全内反射的临界角约为40° ,而LD阵列在空气 中两个发光方向的发散角通常小于40°和10° ,所以当LD阵列抵近前腔片Sl 时，LD阵列发出的光将由全内反射效应约束在104B、 105B、 106B之内，绝大部 分被激光增益介质薄片105B吸收。本发明中激光增益介质薄片105B可以是掺 杂浓度较低的增益介质，这样激光所产生的热较均匀地分散在激光增益介质薄 片105B中并被周围的光学材料吸收，从而实现热流近一维分布。同时整个激光 系统中泵浦源与激光增益介质之间可以不用或少用光学耦合系统。如图3所示，复合激光增益介质片214亦由三层相互平行的光学薄片叠接 构成，与第一种复合激光增益介质片114相比不同的是，复合激光增益介质片 214不分区。这样中间层为激光增益介质(如Nd: Y0V4、 M: YAG或类似激光晶 体)薄片201,上、下表层均为由与激光增益介质相应的基质材料(如YV04、 YAG或类似基质材料)或其他导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相 近的材料制成的光学附片202、 203。各层叠接方式为光胶、深化光胶或者胶层。如图4所示，与第二种复合激光增益介质片214相比不同的是，此复合激 光增益介质片314仅由两层相互平行的光学薄片叠接构成，其中一个表层为激 光增益介质(如Nd: Y0V4、 Nd: YAG或类似激光晶体)薄片301，另一个表层为 由与激光增益介质相应的基质材料(如YV04、 YAG或类似基质材料)或其他导 热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相近的材料制成的光学附片302。如图5所示，上述三种复合激光增益介质片114、 214或314与倍频晶体303 通过光胶、深化光胶或者胶层粘结而成微片式倍频激光器件。这样就可制成输 出功率从几瓦到几十瓦的高功率微片激光器。如图la、 lb所示，本发明激光输出方向与LD泵浦方向相同，亦可与LD泵 浦方向垂直或成一定夹角。如图6所示，复合激光增益介质片各个侧面均:没有LD阵列116、 117、 118、 119,激光输出方向与LD泵浦方向垂直。如图7所示，前、后腔镜401、 402之间设有复合激光增益介质片4051、 4052 ....... 405n;每片复合激光增益介质片4051 、 4052 ....... 405n的两侧面分别设一 LD阵列4041A、顿1B、楊2A、4042B........ 404nA、 404nB;复合激光增益介质片405n与后腔镜402之间设有光学元件403，此光学元件可以是倍频晶体或被动调Q晶体，从而构成高功率倍频激光器或高功率调Q激光器；激光输出方向与LD泵浦方向垂直。与图7所 示实施例不同的是，图8谐振腔中仅设一尺寸较大的复合激光增益介质片505, 此复合激光增益介质片505可以为一片独立的大尺寸复合激光增益介质片，亦 可以由多片复合激光增益介质片侧面相连粘结而成。如图9所示，所在平面相交成"V"字形的前、后腔镜601、 602之间设有上、下交错的复合激光增益介质片6301、 6032....... 603n，振荡光轨迹呈"W，，形。每一复合激光增益介质片6301、 6032……、603n侧面所在的平面为竖直面。处在上位的复合激光增益介质片6032、 6034....... 603 ( n - 1)上层与中层的交叠面镀对振荡光反射的反射膜，处在下位的复合激光增益介质片6031 、6033....... 603n下层与中层的交叠面亦镀对振荡光反射的反射膜。本实施例激光输出方向与LD泵浦方向成一定夹角。此外由于本发明所述激光器功率高，也可额外增加风冷等冷却方式进行冷 却。本发明保护范围并不限于以上实施例，所述复合激光增益介质片可以为其 他形状，如五边形、六边形等。本发明的谐振腔亦可以为环形腔、折叠腔等。
权利要求
1、一种高功率半导体泵浦的固体激光器，其包括泵浦源，激光增益介质和谐振腔，其特征在于所述激光增益介质为由激光增益介质薄片和光学附片拼叠而成的复合激光增益介质片，光学附片由与激光增益介质相应的基质材料或其它导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相近的材料制成，此复合介质片的拼叠方式为光胶、深化光胶或者胶层。
2、 根据权利要求1所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所述复合激光增益介质片(114)具有相互平行的三层(A、 B、 C)，相邻两层 一般通过深化光胶粘结；各层统一分为九个区，其分别为区(IOIA、 IOIB、 IOIC， 102A、 102B、 102C，……，109A、 109B、 109C);各区交结处为低折射率的光 胶膜层或低应力与低折射率的胶层(110);复合激光增益介质片(114)的中 心处即区(105B)设有激光增益介质薄片(105B)，其余26片均为由与激光增 益介质相应的基质材料或其他导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质 相近的材料制成的光学附片。
3、 根据权利要求2所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所述光胶膜层为折射率较低的Si02光胶膜层(1101、 1102、 1103、 1104);激 光增益介质薄片(105B)为折射率较高的Nd: Y0V4晶体；设在激光增益介质薄 片(105B)周围的光学附片为折射率较高的Y0V4晶体。
4、 根据权利要求l所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所述复合激光增益介质片(214)中间层为激光增益介质薄片(201),上、下 表层均为由与激光增益介质相应的基质材料或其他导热系数大、折射率和膨胀 系数与激光增益介质相近的材料制成的光学附片(202、 203 )。
5、 根据权利要求1所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所述复合激光增益介质片(314)由两层相互平行的光学薄片叠接构成，其中一 层为激光增益介质薄片(301),另一层为由与激光增益介质相应的基质材料或 其他导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相近的材料制成的光学附 片(302 )。
6、 根据权利要求1至5任何一项所述的高功率半导体泵浦的固体激光器， 其特征在于所述复合激光增益介质片与倍频晶体(303 )通过光胶、深化光胶 或者胶层粘结而成微片式倍频激光器。
7、 根据权利要求1所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所述激光器激光输出方向与LD泵浦方向相同。
8、 根据权利要求1所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所述前、后腔镜(401、 402 )之间设有复合激光增益介质片(4051、 4052.......405n);每片复合激光增益介质片(4051、 4052....... 405n)的侧面分别设一LD阵列(4041A、 4041B、 4042A、 4042B.......、 404nA、 404nB);所述激光器激光输出方向与LD泵浦方向垂直。
9、 根据权利要求l所述的高功率半导体泵浦的固体激光器，其特征在于 所在平面相交成"V"字形的前、后腔镜(601、 602 )之间设有上、下交错的复合激光增益介质片(6301、 6032....... 603n)，振荡光轨迹呈"W"形；每一复合激光增益介质片(6301、 6032 ....... 603n)侧面所在的平面为竖直面；处在上位的复合激光增益介质片(6032、 6034....... 603 (n-1))上层与中层的交叠面镀对振荡光反射的反射膜，处在下位的复合激光增益介质片(6031 、6033....... 603n)下层与中层的交叠面亦镀对振荡光反射的反射膜；所述激光器激光输出方向与LD泵浦方向成一定夹角。
10、 根据权利要求1至5或7至9中任何一项所述的高功率半导体泵浦的 固体激光器，其特征在于所述复合激光增益介质片与输出腔镜之间设有光学 元件，此光学元件是倍频晶体或被动调Q晶体，从而构成高功率倍频激光器或 高功率调Q激光器。
全文摘要
一种高功率半导体泵浦的固体激光器，其包括泵浦源，激光增益介质和谐振腔，其特征在于所述激光增益介质为由激光增益介质薄片和光学附片拼叠而成的复合激光增益介质片，光学附片由与激光增益介质相应的基质材料或其它导热系数大、折射率和膨胀系数与激光增益介质相近的材料制成，此复合介质片的拼叠方式为光胶、深化光胶或者胶层。本发明将激光增益介质薄片与光学附片通过光胶、深化光胶或者胶层等方式拼叠而成复合激光增益介质片，其结构简单，制备容易。具有所述复合激光增益介质片的激光器可以实现热流近一维分布，达到高功率、高质量光束的激光输出。
文档编号H01S3/08GK101320881SQ20081007129
公开日2008年12月10日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者凌吉武, 卢秀爱, 砺 吴, 彭永进, 陈卫民 申请人:福州高意通讯有限公司