一种工业用固体激光器光源谐振腔的制作方法

本发明涉及激光器领域，具体涉及到一种工业用固体激光器光源谐振腔。

背景技术：

1、碟片激光器，相比目前市场主流的光纤激光器，具有寿命长，运行稳定的特点。在技术上，由于碟片激光器的原理是将碟片晶体增益介质整体安装在带有冷却的冷却指针上，从而能做最大限度的降低热透镜效应。但是由于碟片晶体很薄，单次抽程对泵浦光吸收较低，所以必须采用多次泵浦冲程的原理。中辉激光的颜永振等人提出了一个多抽程泵浦碟片激光器的概念。主要采取抛物面镜与光源系统相对设置；激光晶体设置于抛物面镜的焦点位置；多个反射镜间隔设置于激光晶体的外侧，相邻两个反射镜之间形成有供泵浦光束射至抛物面镜上的入光口，反射镜具有斜面，多个斜面均面向抛物面镜，且与抛物面镜均呈角度设置。

2、但是该设计不能解决在高功率连续激光腔内连续振荡中谐振腔果断造成的荧光跃迁等失效问题，最终限制了最高激光功率和功率稳定性。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的问题，本发明提出一种全新的谐振腔的设计。与以往的单一的多抽程谐振腔相比，本发明在谐振腔后端集成设计了由折返镜和尾镜组成的谐振腔管系统来有效增长谐振腔长度。本发明还具体指明了高功率碟片激光器所使用的碟片晶体，泵浦源合束模块，反射镜片的种类和技术参数。

2、本发明增加了谐振腔管内的反射镜，并增加了反射镜上的激光反射角度来增加光斑尺寸，可以有效减少光斑内的激光能量密度，从而减少使用磁控溅射镀膜技术来有效降低光学件成本，在低成本和低的损伤阈值下降低的烧损概率，和现有的相比，降低了30％。

3、为了保证在使用时热吸收更高的反射镜产生的热量，本发明采用了内置宏通道的光机械设计使得冷却水循环更加靠近光学镜片，可以提高冷却效率以避免光吸收提高而造成的光光转换效率的降低。

4、本发明简化了泵浦源和谐振腔管的光机械设计，减少了密封件以及伸缩套管，降低谐振腔漏气污染的可能性。

5、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

6、一种工业用固体激光器光源谐振腔，包括依次设置的泵浦模块、泵浦源、谐振腔筒模块、冷却指针和谐振腔管系统，以及为泵浦模块、谐振腔筒模块和冷却指针提供冷却水的综合水冷分水系统；

7、谐振腔管系统包括输出耦合镜、第一折返镜、第二折返镜和尾镜，输出耦合镜将来自谐振腔筒组件的泵浦光一部分输出，其余反射回谐振腔进行振荡放大，并反射至第一折返镜，第一折返镜反射至第二折返镜，第二折返镜反射至尾镜。

8、优选的，谐振腔筒模块包括谐振腔筒、角棱镜和抛物面镜；

9、谐振腔筒为圆筒状结构件，前端为设置有两个通孔的前端金属板，靠近中心的通孔安装冷却指针，另一个通孔为泵浦激光的入射孔；多个角棱镜安装于前端金属板上；

10、谐振腔筒的尾端为设置有一个大通孔的尾端金属板，尾端金属板上装配有开孔的抛物面镜。

11、优选的，综合水冷系统为内外双循环的热交换器，由内循环管路、外循环管路、phe板式换热器、水箱和水泵组成，外循环管路将外循环的冷却水接入phe板式换热器与内循环的冷却水交换制冷，内循环的冷却水由水泵将水箱内的内循环冷却水泵入phe板式换热器，换热后输送进分水器，分水器的出水分为两路，一路分水器的1号进水口与泵浦模块和冷却指针的进水口相连；另一路2号进水口与谐振腔管系统的进水口相连，分水器的回水口与泵浦模块、冷却指针和谐振腔管系统的回水口连接。

12、优选的，泵浦源包括泵浦源光束合束子模块、泵浦源匀化棒和泵浦源聚焦镜；

13、泵浦源光束合束子模块包括反射镜站和两枚球面单凹反射镜，反射镜站由若干组平面反射镜和反射角棱镜组成，平面反射镜将泵浦光反射至反射角棱镜后，再次反射至球面单凹反射镜后进入泵浦源匀化棒；

14、泵浦源匀化棒由八角石英柱和微透镜组构成；

15、泵浦源聚焦镜将来自泵浦源匀化棒的泵浦光进行聚焦后射入谐振腔筒模块内。

16、优选的，冷却指针的顶端固定有热沉片，热沉片的表面贴合设置有碟片晶体。

17、一种工业用固体激光器光源谐振腔的工作原理，

18、首先，泵浦模块发射泵浦激光经泵浦源光束合束模块的平面反射镜将泵浦光反射至反射角棱镜后，再次反射至球面单凹反射镜后，经过微透镜组进入泵浦源匀化棒的八角形石英柱，经过八角形石英柱的泵浦激光再经过泵浦源聚焦镜；

19、接着，泵浦源聚焦镜聚焦后的泵浦激光入射谐振腔筒的入射孔，在谐振腔筒内的抛物面镜和角棱镜多次反射泵浦激光，到抛物面镜上形成多次激光抽程，多次抽成的泵浦激光在经过冷却指针的碟片晶体时被吸收，形成粒子束反转后受激激发出激光，激光通过谐振腔筒的大通孔，进入到谐振腔管系统；

20、谐振腔管系统的输出耦合镜将自谐振腔筒的一部分激光输出到谐振腔管系统外，将大多数激光重新反射回冷却指针的碟片晶体进行振荡放大，然后将激光发射至第一折返镜，第一折射镜将激光反射至第二折返镜，第二折返镜将激光反射至尾镜。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1.本发明提出一种全新的谐振腔的设计。与以往的单一的多抽程谐振腔相比，本发明在谐振腔后端集成设计了由折返镜和尾镜组成的谐振腔管系统来有效增长谐振腔长度。本发明还具体指明了高功率碟片激光器所使用的碟片晶体，泵浦源合束模块，反射镜片的种类和技术参数。

23、2.本发明增加了谐振腔管内的反射镜，并增加了反射镜上的激光反射角度来增加光斑尺寸，可以有效减少光斑内的激光能量密度，从而减少使用磁控溅射镀膜技术来有效降低光学件成本，在低成本和低的损伤阈值下降低的烧损概率，和现有的相比，降低了30％。

24、3.为了保证在使用时热吸收更高的反射镜产生的热量，本发明采用了内置宏通道的光机械设计使得冷却水循环更加靠近光学镜片，可以提高冷却效率以避免光吸收提高而造成的光光转换效率的降低。

25、4.本发明简化了泵浦源和谐振腔管的光机械设计，减少了密封件以及伸缩套管，降低谐振腔漏气污染的可能性。

技术特征：

1.一种工业用固体激光器光源谐振腔，其特征在于：包括依次设置的泵浦模块(1)、泵浦源(2)、谐振腔筒模块(3)、冷却指针(4)和谐振腔管系统(5)，以及为泵浦模块(1)、谐振腔筒模块(3)和冷却指针(4)提供冷却水的综合水冷分水系统(7)；

2.根据权利要求1所述的一种工业用固体激光器光源谐振腔，其特征在于：谐振腔筒模块(3)包括谐振腔筒(301)、角棱镜(302)和抛物面镜(303)；

3.根据权利要求2所述的一种工业用固体激光器光源谐振腔，其特征在于：综合水冷系统为内外双循环的热交换器，由内循环管路(713)、外循环管路(710)、phe板式换热器(701)、水箱(702)和水泵(703)组成，外循环管路(710)将外循环的冷却水接入phe板式换热器(701)与内循环的冷却水交换制冷，内循环管路(713)的冷却水由水泵(703)将水箱(702)内的内循环冷却水泵入phe板式换热器(701)，换热后输送进分水器(704)，分水器(704)的出水分为两路，一路分水器的1号进水口(706)与泵浦模块(1)和冷却指针(4)的进水口相连；另一路2号进水口(707)与谐振腔管系统(5)的进水口相连，分水器(704)的回水口(705)与泵浦模块(1)、冷却指针(4)和谐振腔管系统(5)的回水口连接。

4.根据权利要求3所述的一种工业用固体激光器光源谐振腔，其特征在于：泵浦源(2)包括泵浦源光束合束子模块、泵浦源匀化棒和泵浦源聚焦镜；

5.根据权利要求4所述的一种工业用固体激光器光源谐振腔，其特征在于：冷却指针(4)的顶端固定有热沉片(402)，热沉片(402)的表面贴合设置有碟片晶体(403)。

6.一种工业用固体激光器光源谐振腔的工作原理，其特征在于：

技术总结
本发明涉及激光器领域，具体涉及到一种工业用固体激光器光源谐振腔。包括依次设置的泵浦模块、泵浦源、谐振腔筒模块、冷却指针和谐振腔管系统，以及为泵浦模块、谐振腔筒模块和冷却指针提供冷却水的综合水冷分水系统；谐振腔管系统包括输出耦合镜、第一折返镜、第二折返镜和尾镜，输出耦合镜将来自谐振腔筒组件的泵浦光一部分输出，其余反射回谐振腔进行振荡放大。与单一的多抽程谐振腔相比，本发明在谐振腔后端集成设计了由折反射镜和尾镜组成的谐振腔套管系统，可有效增长谐振腔长度。增加了谐振腔管内的反射镜并可调节激光反射角度来增加光斑尺寸，减少了光斑内的激光能量密度，降低了光学件的成本。

技术研发人员：陈宸
受保护的技术使用者：上海迪镭曼康光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30