提升氙灯光传递效率与分布均匀性的结构的制作方法

本发明涉及放大器，特别是一种用于高功率激光装置中提升片状放大器氙灯光至增益介质表面传递效率与分布均匀性的结构。

背景技术：

作为氙灯和增益介质之间耦合器的反射器，其作用是将氙灯背部的光线传递至增益介质表面，通过对反射器结构的优化以减少氙灯对光线的自吸收和氙灯之间的互吸收，增大光线的传递效率，增加增益介质表面能量的沉积，降低氙灯负载。

目前，国内外基于对发光模型的不同认识以及泵浦方式的不同设计了多种形状的反射器。根据成像与泵浦方式设计了抛物线形反射器，该型反射器能很好的将氙灯光传递至增益介质表面，由于无法忽略氙灯的直径，部分光线被吸收，对氙灯的位置精度要求较高。基于氙灯朗伯体点光源发光模型与边缘光线原理，设计了渐开线形反射器，认为无吸收的将氙灯光全部传递出去。此外，还设计了瓦楞状反射器、平板形反射器与圆弧状反射器等多种形状的反射器，由于安装尺寸等原因限制，对于氙灯光或多或少存在自吸收和互吸收。

基于以上研究成果，发现氙灯光至增益介质表面的传递效率仍然较低，这主要是因为：对氙灯发光模型认识不够充分，现有的优化设计结构是为了充分利用氙灯二维平面内的光，而忽略了空间其他维度的光，提升幅度有限，这样不但造成氙灯辐射能量的极大浪费，且难实现氙灯光强在增益介质表面均匀分布。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决上述现有技术的问题，提供一种提升氙灯光传递效率与分布均匀性的结构。该结构简单易行，提升了光线自氙灯至增益介质表面的传递效率，提高了能源利用率，改善了光线在增益介质表面分布的均匀性。

本发明的解决方案如下：

一种提升氙灯光传递效率与分布均匀性的结构，该结构：包括氙灯、反射器、反射片、多块增益介质、上反光板和下反光板，其特征在于，在氙灯与反射器之间、沿氙灯横截面方向添加反射片，该反射片沿着氙灯轴线方向排布，所述反射片的数目为n，n≥2。

所述的增益介质为四块，则反射片的数目为n＝5。

所述的增益介质为两块，则反射片的数目为n＝3。

所述的反射片厚度为d1，0<d1≤2mm。

所述的反射片与增益介质之间的距离为d2，0＜d2≤200mm。

所述的反射片为平面薄片或曲面薄片。

所述的反射片沿着氙灯轴线方向等间距排布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过反射片的添加，不但提高了光线自氙灯至增益介质表面的传输效率，而且提高增益介质表面光强分布的均匀性，设计结构紧凑，最终提升放大器的增益和改善了光束质量。具有简单易行，构思巧妙，提升了光线自氙灯至增益介质表面的传递效率，降低了能源的供应，节约了成本，同时也改善了光线在增益介质表面光强分布的均匀性。

附图说明

图1为原片状放大器中氙灯光传递至增益介质表面的结构示意图，其中，a为四块增益介质；b为两块增益介质。

图2为本发明方法实施例1结构示意图，其中，a为四块增益介质；b为两块增益介质。

图3为本发明方法实施例2结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例详述本发明，但本发明范围并不限于下述的实施例。

实施例1

原片状放大器的氙灯泵浦结构示意图如图1，由氙灯4、仿渐开线反射器5、增益介质2、上下反光板1和3组成，氙灯4是基于外表面的无数个点光源组成的泵浦源，利用氙灯4背部仿渐开线反射器5将背向增益介质2表面的二维平面内的光线无吸收的(或者少量吸收)一次或者多次反射出去，利用上下反光板1与3将氙灯4发射至增益介质2表面外的部分光一次或多次反射至增益介质2表面，其中增益介质2呈布儒斯特角放置。

先请参阅图2，图2为本发明方法实施例1结构示意图，由图可见，本发明提升氙灯光传输效率与分布均匀性的结构，包括氙灯4、反射器5、反射片6，四块增益介质2、上反光板1和下反光板3，其特征在于，在氙灯4与反射器5之间、沿氙灯4横截面方向添加反射片6，该反射片6沿着氙灯4轴线方向排布，所述反射片6的数目n＝5，所述的反射片6的厚度d1＝2mm，所述的反射片6与增益介质2之间的距离d2＝10mm，所述反射片6位平面薄片，沿着氙灯4的轴向方向等间距排布。

利用tracepro.expert软件对不同波段的光线进行了光线追迹，以增益介质2表面的光强/总光强代表传递效率，以增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处光强的均匀性代表光强的均匀性(氙灯4轴线方向)，结果显示，采用本发明提升氙灯光传递效率与分布均匀性的结构，即通过氙灯4与反射器5之间沿着氙,4轴线方向、等间距添加n为5、d1为2mm，d2为10mm的平面薄片式反射片6，增益介质2表面的光强/总光强相对原放大器氙灯4泵浦结构图1(a)提高14.0％；增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处的光强均值和均匀度分别提高12.6％和3.94％，即提高了氙灯光传递效率与光强分布的均匀性。

实施例2

原片状放大器的氙灯1泵浦结构如图1(b)，请参阅实施例1。

先请参阅图3，图3为本发明方法实施例2结构示意图，由图可见，本发明提升氙灯光传输效率与分布均匀性的结构，该结构包括氙灯4、反射器5、反射片6、两块增益介质2、上反光板1和下反光板3，其特征在于，在氙灯4与反射器5之间、沿氙灯4横截面方向添加反射片6，该反射片6沿着氙灯4轴线方向排布，所述反射片6的数目n＝3，所述的反射片6的厚度d1＝2mm，所述的反射片6与增益介质2之间的距离d2＝10mm，所述反射片6位平面薄片，沿着氙灯4的轴向方向等间距排布。

利用tracepro.expert软件对不同波段的光线进行了光线追迹，以增益介质2表面的光强/总光强代表传递效率，以增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处光强的均匀性代表光强的均匀性(氙灯4轴线方向)，结果显示，采用本发明提升氙灯光递效率与分布均匀性的结构，即通过氙灯4与反射器5之间沿着氙4轴线方向、等间距添加n为3、d1为2mm，d2为10mm的平面薄片式反射片6，增益介质2表面的光强/总光强相对原放大器氙灯4泵浦结构图1(b)提升到了6.0％；增益介质2表面沿着氙灯4轴线方向的中心线处的光强平均值和均匀性分别提高5.6％和不变，即提升了氙灯光的传递效率。

技术特征：

技术总结
一种提升氙灯光传递效率与分布均匀性的结构，该结构包括：氙灯、反射器、反射片、多块增益介质、上反光板和下反光板。其特征在于，在氙灯与反射器之间、沿氙灯横截面方向添加反射片，该反射片沿着氙灯轴线方向排布，所述反射片的数目为N，N≥2。本发明具有简单易行，构思巧妙，提升了光线自氙灯至增益介质表面的传递效率，降低了能源的供应，节约了成本，同时也改善了光线在增益介质表面光强分布的均匀性。

技术研发人员：李养帅;朱健强;周申蕾;冯滔;王利;张艳丽;张军勇;王冰艳;周琼
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：2017.06.15
技术公布日：2017.09.08