专利名称：提高半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体侧面泵浦固体激光器泵浦结构，属于固体激光技术领域。
背景技术：
半导体泵浦固体激光器由于其结构紧凑，可靠性高，效率高等优点得到广泛的应用，其泵浦方式主要分为侧面泵浦和端面泵浦。相对于端面泵浦，侧面泵浦结构相对简单， 易于实现高功率输出，因此高功率半导体泵浦激光器多以侧面泵浦为主。现有的作为泵浦源的高功率半导体阵列通常其快轴发散角在35° -45°，慢轴发散角10° -15°。针对大功率半导体侧面泵浦棒状固体激光器而言，为降低损耗通常快轴垂直工作物质轴，慢轴平行工作物质轴，因此为提升泵浦光利用效率首先要使泵浦光集中均勻的分布在工作物质表面。泵浦光将工作物质中的粒子由基态激励到激发态，而后粒子从激发态向基态跃迁产生激光。在此过程会产生热量，热量在工作物质中沉积会对激光器的功率和光束质量产生不利影响。针对大功率固体激光器而言，因产生的热量较多需要冷却剂对工作物质进行冷却。因此通常需要在激光工作物质外同轴安装导流管将激光工作物质浸没在冷却剂中冷却。目前常用侧面泵浦腔结构如图1。激光晶体棒4与导流管5同轴安装，其间通有冷却剂对激光晶体棒4冷却。为提升泵浦光在激光晶体棒4上分布均勻性， 在导流管5外同轴安装反射腔结构3。但是泵浦光在反射腔结构3内每次反射都有能量损失，降低了激光器的泵浦效率，且反射腔结构工艺较复杂，可靠性降低。
发明内容
针对目前半导体侧面泵浦棒状固体激光器中常用泵浦腔结构复杂，泵浦能量损耗较多，泵浦效率较低的问题，本发明提出一种提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构。本发明的技术解决方案如下本发明是一种提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构。在侧面泵浦结构中省却反射腔，使用一种新式结构的导流管如图2，导流管5与激光晶体棒4同轴安装；其特征在于导流管5外表面按角度等分均勻开有沟槽，沟槽外均勻放置泵浦光源1， 导流管5外无反射腔结构；泵浦光源1发出的经快轴准直的泵浦光通过导流管5上沟槽直接入射到激光晶体棒4 ；泵浦光源1距离导流管5可以较远，从而有空间增加泵浦光源1数量；所述激光晶体棒4直径大于5mm。其中导流管5上的沟槽与激光晶体棒4平行，沟槽数目与泵浦光源1数目相同且为奇数。其中导流管5上的沟槽底部为弧形，且与导流管内壁形成凹透镜结构。其中导流管5上的沟槽宽度比泵浦光到达导流管外表面时快轴发散光束宽度大 0. I-Imm 之间。
其中导流管5上的沟槽弧形底部镀有与泵浦光源1波长匹配的增透膜。导流管5的材料为透光材料，包括玻璃。本发明具有省却反射腔结构，使激光器泵浦结构简化，提升半导体阵列泵浦光分布均勻性，提升激光器泵浦效率的优点。
图1常用半导体侧面泵浦棒状激光器结构示意2 —种使用新型导流管的大功率半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦结构示意3 —种应用于大功率半导体侧面泵浦棒状固体激光器的新型导流管侧视示意4 一种应用于大功率半导体侧面泵浦棒状固体激光器的新型导流管横截面示意5泵浦光源泵浦光经由新型导流管在激光棒上分布示意中1泵浦光源，2泵浦光，3反射腔，4激光晶体棒，5导流管，6导流管外表面沟槽，7冷却剂层
具体实施例方式下面将结合示意图和具体实施例对本发明进行详细说明，但并不作为对本发明的限定。本实施例主要为一种用于五向侧面泵浦的新型导流管，导流管外表面按角度均分开有5道沟槽。先请参阅图2，图中导流管5与激光晶体棒4同轴放置。导流管5外部均勻分布有泵浦光源1。导流管材质为玻璃。参阅图3，图3为导流管的侧面示意图，在导流管外表面按角度等分均勻开有5道沟槽。再请参阅图4，图4为新型导流管横截面示意图。图中5为导流管本身，6为按角度等分均勻分布于导流管外表面的5道沟槽。沟槽的底部为弧形。每个沟槽的宽度，深度，底部曲率半径完全相同。沟槽宽度根据泵浦光源准直后泵浦光发散角参数和泵浦光源距导流管距离确定。要使沟槽宽度略大于泵浦光到达导流管时在快轴方向光束宽度，保证泵浦光完全通过沟槽照射到激光晶体棒。导流管沟槽底部为弧形与导流管内壁形成凹透镜结构， 用于对准直的泵浦光进行发散使泵浦光能均勻分布在激光晶体棒表面。沟槽底部的曲率半径是在得知导流管和冷却剂的折射率，导流管和冷却剂层厚度，以及泵浦光束到达激光晶体棒表面所需宽度等参数，使用ZEMAX软件计算所得。对应不同参数，沟槽曲率半径不同。 对于经准直后快轴方向发散角小于1°的半导体阵列，泵浦光源距导流管外表面距离小于 15mm，外表面直径21mm、内壁直径为12mm导流管，直径为8mm的激光晶体棒，泵浦光到达晶体表面光束宽度扩散为4. 7mm，相应沟槽宽度为2mm，底部曲率半径为1mm。在导流管沟槽弧形底部镀有与泵浦光波长相对应的增透膜，用以减少泵浦光的损耗。如图5，泵浦光2通过沟槽6和冷却剂层7到达激光晶体棒4表面。泵浦光2到达激光晶体棒4时在棒表面上形成均勻分布，从而使泵浦光尽可能在激光晶体棒中获得最大的光程，保证泵浦光在激光晶体棒中很好的吸收，提升泵浦效率。
本发明适用于大功率半导体侧面泵浦棒状激光器，能够根据需要改变导流管上沟槽数量，以及沟槽的相应参数，从而提升泵浦效率。导流管外表面按角度均分开的沟槽数目还可以是3，7，9等奇数数目。
权利要求
1.提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，使用一种新式结构的导流管，导流管5与激光晶体棒4同轴安装，其特征在于导流管5外表面按角度等分均勻开有沟槽，沟槽外均勻放置泵浦光源1，导流管5外无反射腔结构。
2.根据权利要求1所述提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，其特征在于所述激光晶体棒4直径大于5mm。
3.根据权利要求1所述提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，其特征在于其中导流管5上的沟槽与激光晶体棒4平行，沟槽数目与泵浦光源1数目相同且为奇数。
4.根据权利要求1所述提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，其特征在于其中导流管5上的沟槽底部为弧形，且与导流管内壁形成凹透镜结构。
5.根据权利要求1所述提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，其特征在于其中导流管5上的沟槽宽度比泵浦光到达导流管外表面时快轴发散光束宽度大 0. I-Imm 之间。
6.根据权利要求1所述提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，其特征在于导流管5的材料为透光材料，包括玻璃。
7.根据权利要求1所述提升半导体侧面泵浦棒状固体激光器泵浦效率的泵浦结构，其特征在于其中导流管5上的沟槽弧形底部镀有与泵浦光源1波长匹配的增透膜。
全文摘要
本发明涉及一种用于半导体侧面泵浦棒状固体激光器的泵浦结构。在此泵浦结构中使用一种新型导流管，属于固体激光技术领域。本导流管为透光材质，在导流管的外表面按角度等分均匀分布有沟槽1结构。泵浦光2通过沟槽结构3直接照射激光晶体棒5，沟槽3的特殊结构充分保证泵浦光2均匀分布于激光晶体棒5表面，提升了泵浦效率，并且省却目前泵浦结构内常用的反射腔，使激光器结构简化提升激光器的可靠性。
文档编号H01S3/0941GK102368587SQ20111014775
公开日2012年3月7日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者姜笑尘, 孙哲, 惠勇凌, 李强, 雷訇 申请人:北京工业大学