專(zhuān)利名稱(chēng)：一種半導(dǎo)體二極管陣列側(cè)面泵浦2μm激光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)一種半導(dǎo)體二極管陣列側(cè)面泵浦的2ym激光模塊，屬于激光技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
目前側(cè)面泵浦模塊通常采用激光二極管單管或陣列環(huán)繞一周的方式，對(duì)激光晶體 進(jìn)行側(cè)面泵浦。這種結(jié)構(gòu)下激光晶體大多放在內(nèi)徑比激光晶體大的玻璃套管中，二者之 間的間隙充滿了用于對(duì)激光晶體進(jìn)行冷卻的液體。半導(dǎo)體二極管單管或者陣列發(fā)射的泵 浦光，需要先經(jīng)過(guò)玻璃套管，再經(jīng)過(guò)冷卻液，然后才能進(jìn)入激光晶體內(nèi)部，被激光晶體所吸 收，未吸收的泵浦光則透過(guò)激光晶體傳輸?shù)搅硪贿?。多?shù)的2iim激光晶體，比如Tm:YAG、 Tm:LuAG等，對(duì)半導(dǎo)體泵浦光(通常為785nm)的吸收系數(shù)較差，通常只有Nd: YAG晶體對(duì)于 808nm泵浦光吸收系數(shù)的1/3 1/4，因此這類(lèi)型的側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)用在2 y m激光上，無(wú)法獲 得較高的吸收效果，也就無(wú)法獲得較高效率的激光輸出。同時(shí)， 一般半導(dǎo)體二極管的快軸發(fā) 散角都較大，這種側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)下的半導(dǎo)體泵浦光通過(guò)玻璃管、冷卻液后到達(dá)晶體的光斑 都較大，因此激光晶體對(duì)泵浦光的吸收區(qū)域也較大。而2ym激光晶體能級(jí)結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)三能 級(jí)，需要高的泵浦功率密度來(lái)降低激光泵浦閾值、提高激光輸出功率和能量。所以通常的側(cè) 面泵浦結(jié)構(gòu)對(duì)2 ii m激光晶體來(lái)說(shuō)泵浦功率密度也較低。 本發(fā)明針對(duì)通常側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)的不足，提出一種半導(dǎo)體二極管陣列側(cè)面泵浦的 2 P m激光模塊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可提高2 ii m激光晶體對(duì)于泵浦光的吸收，增大2 ii m激光晶體 內(nèi)的泵浦功率密度，從而獲得更大功率或更高能量的2 ii m激光輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服2 ii m激光晶體在現(xiàn)有半導(dǎo)體泵浦模塊結(jié)構(gòu)下吸收較弱、泵
浦功率密度較低的缺陷，從而提供一種可以提高激光晶體吸收和增大激光晶體內(nèi)泵浦功率
密度的2 ii m半導(dǎo)體激光陣列泵浦模塊。 本發(fā)明的目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明的裝置包括第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)、第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)、第三 半導(dǎo)體二極管陣列(3) 、2 ii m激光晶體(4)、第一激光晶體熱沉(5)、第二激光晶體熱沉(6)、 第三激光晶體熱沉(7)、第一半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(8)、第二半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(9)、 第三半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(10)、第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉 反射面(13)。 第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)、第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)、第三半導(dǎo)體二極管陣列 (3)輸出的泵浦光束分別透射進(jìn)入2 ii m激光晶體(4)，被2 ii m激光晶體(4)所吸收，未吸 收盡的泵浦光分別被第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉反射面(12) 所反射，反射光再次進(jìn)入2ym激光晶體(4)并被晶體再次吸收；第一半導(dǎo)體二極管陣列熱 沉(8)用于對(duì)第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)進(jìn)行冷卻，第二半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(9)用于對(duì)第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)進(jìn)行冷卻、第三半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(10)用于對(duì)第三半導(dǎo) 體二極管陣列(3)進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻；第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉 反射面(13)都鍍對(duì)半導(dǎo)體二極管泵浦光的高反膜，它們與2ym激光晶體(4)緊包接觸，不 但可對(duì)2 y m激光晶體(4)進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，還將未吸收完的泵浦光反射回2 ii m激光晶體(4) 中，增大2 ii m激光晶體(4)對(duì)泵浦光的吸收。 上述技術(shù)方案中，三個(gè)激光晶體熱沉和三個(gè)半導(dǎo)體二極管熱沉可通過(guò)半導(dǎo)體制冷 器制冷或者采用流動(dòng)的冷卻液進(jìn)行冷卻。 上述技術(shù)方案中，可采用3組半導(dǎo)體二極管陣列，二極管陣列之間以120度角環(huán)繞 激光晶體中心排列。也可采用以n組半導(dǎo)體二極管陣列，圍繞激光晶體中心間隔360/n度 角排列，只需在半導(dǎo)體二極管陣列之間安裝如技術(shù)方案中描述的激光晶體熱沉，用以增大 對(duì)泵浦光的再吸收和提高激光晶體內(nèi)的泵浦功率密度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于 ①利用傳導(dǎo)冷卻的接觸面上鍍的反射膜，將未吸收的泵浦光反射回2ym激光晶 體，使2 ii m激光晶體對(duì)泵浦光進(jìn)行再吸收，增大了 2 ii m激光晶體對(duì)泵浦光的總體吸收率。
②半導(dǎo)體二極管陣列離激光晶體的距離變短，因此發(fā)散的光斑也變小，2ym激光 晶體對(duì)泵浦光的吸收區(qū)域也變小，從而增大了泵浦功率密度，可以降低泵浦功率閾值、增大 激光輸出功率和能量。 ③2iim激光晶體采用傳導(dǎo)冷卻，避免了長(zhǎng)期使用冷卻液對(duì)激光晶體側(cè)面的腐蝕 和污染，從而可以保持對(duì)泵浦光的高效吸收。 ④半導(dǎo)體二極管陣列、2iim激光晶體都通過(guò)傳導(dǎo)冷卻，可減小半導(dǎo)體側(cè)面泵浦結(jié) 構(gòu)的總體體積。


圖1是本發(fā)明的整體示意圖； 圖2是本發(fā)明中1個(gè)半導(dǎo)體二極管陣列的泵浦光傳輸和吸收的示意圖； 圖中，l-第一半導(dǎo)體二極管陣列、2-第二半導(dǎo)體二極管陣列、3-第三半導(dǎo)體二極
管陣列、4-2ym激光晶體、5-第一激光晶體熱沉、6-第二激光晶體熱沉、7-第三激光晶體熱
沉、8_第一半導(dǎo)體二極管陣列熱沉、9-第二半導(dǎo)體二極管陣列熱沉、10-第三半導(dǎo)體二極管
陣列熱沉、ll-第一熱沉反射面、12-第二熱沉反射面、13-第三熱沉反射面、14-第一半導(dǎo)體
二極管陣列的泵浦光、15-第一激光晶體熱沉反射的泵浦光。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明。 如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)、第二半導(dǎo)體二極管陣 列(2)、第三半導(dǎo)體二極管陣列(3) 、2 ii m激光晶體(4)、第一激光晶體熱沉(5)、第二激光晶 體熱沉(6)、第三激光晶體熱沉(7)、第一半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(8)、第二半導(dǎo)體二極管陣 列熱沉(9)、第三半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(10)、第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12) 和第三熱沉反射面(13)。 第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)、第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)、第三半導(dǎo)體二極管陣列
4(3)輸出的泵浦光束分別透射進(jìn)入2iim激光晶體(4)，被2iim激光晶體(4)所吸收，未吸 收盡的泵浦光分別被第一晶體熱沉反射面(11)、第二晶體熱沉反射面(12)、第三晶體熱沉 反射面(13)所反射，再次進(jìn)入2ym激光晶體(4)中并被再次吸收；第一半導(dǎo)體二極管陣列 熱沉(8)、第二半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(9)、第三半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(10)用來(lái)對(duì)第一半 導(dǎo)體二極管陣列(D、第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)、第三半導(dǎo)體二極管陣列(3)進(jìn)行傳導(dǎo)冷 卻；第一激光晶體熱沉(5)上的第一熱沉反射面(11)、第二激光晶體熱沉(6)上的第二熱 沉反射面(12)和第三激光晶體熱沉(7)上的第三熱沉反射面(13)，通過(guò)精細(xì)加工，與2ym 激光晶體半徑一致，還通過(guò)濺射、蒸發(fā)或電鍍的方法形成對(duì)半導(dǎo)體激光的全反膜，使用中該 這三個(gè)熱沉反射面與2 ii m激光晶體緊包接觸，不但對(duì)2 ii m激光晶體進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，還將未 吸收完的泵浦光反射回2 ii m激光晶體。 如圖2所示，第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)傳輸?shù)谋闷止?14)投射進(jìn)入2ym激光 晶體(4)，被2ym激光晶體(4)所吸收，吸收的區(qū)域也如傳輸?shù)谋闷止?14)所示。未吸收 盡的泵浦光被第一激光晶體熱沉(5)的熱沉反射面(11)所反射，再次透射進(jìn)入2ym激光 晶體(4)，反射的泵浦光(15)被2iim激光晶體(4)再次吸收。因此，2iim激光晶體(4)對(duì) 該示意圖中泵浦光的吸收區(qū)域主要是傳輸?shù)谋闷止?14)和反射的泵浦光(15)所重疊的區(qū) 域，該區(qū)域主要在2ym激光晶體(4)的中心位置，與其他的側(cè)面泵浦結(jié)構(gòu)相比，該泵浦吸收 區(qū)域更小。
權(quán)利要求
一種二極管列陣側(cè)面泵浦的2μm泵浦模塊，裝置包括第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)、第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)、第三半導(dǎo)體二極管陣列(3)、2μm激光晶體(4)、第一激光晶體熱沉(5)、第二激光晶體熱沉(6)、第三激光晶體熱沉(7)、第一半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(8)、第二半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(9)、第三半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(10)、第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉反射面(13)，其特征在于第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)、第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)、第三半導(dǎo)體二極管陣列(3)輸出的泵浦光束分別透射進(jìn)入2μm激光晶體(4)，被2μm激光晶體(4)所吸收，未吸收盡的泵浦光分別被第一熱沉反射面(11)、第二熱沉反射面(12)和第三熱沉反射面(12)所反射，反射光再次進(jìn)入2μm激光晶體(4)并被其再次吸收；第一半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(8)用于對(duì)第一半導(dǎo)體二極管陣列(1)進(jìn)行冷卻，第二半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(9)用于對(duì)第二半導(dǎo)體二極管陣列(2)進(jìn)行冷卻、第三半導(dǎo)體二極管陣列熱沉(10)用于對(duì)第三半導(dǎo)體二極管陣列(3)進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻；第一激光晶體熱沉(5)上的第一熱沉反射面(11)、第二激光晶體熱沉(6)上的第二熱沉反射面(12)和第三激光晶體熱沉(7)上的第三熱沉反射面(13)，與2μm激光晶體緊包接觸，反射面上鍍對(duì)半導(dǎo)體二極管泵浦光的高反膜，不但對(duì)2μm激光晶體進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，還將未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶體。
全文摘要
本發(fā)明是一種半導(dǎo)體二極管陣列側(cè)面泵浦2μm激光模塊，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由半導(dǎo)體二極管陣列、2μm激光晶體、半導(dǎo)體二極管陣列熱沉、激光晶體熱沉和熱沉反射面組成。半導(dǎo)體二極管陣列輸出的泵浦光進(jìn)入2μm激光晶體并被其吸收，未吸收盡的泵浦光被激光晶體熱沉的表面所反射，再次進(jìn)入2μm激光晶體獲得再次吸收；激光晶體熱沉的反射面上鍍對(duì)泵浦光的高反膜，使用中該反射面與2μm激光晶體緊包接觸，不但對(duì)2μm激光晶體進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻，還將未吸收完的泵浦光反射回2μm激光晶體，提高2μm激光晶體對(duì)于泵浦光的吸收，從而獲得更大功率的2μm激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK101740996SQ20091024314
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者張?jiān)粕? 朱凌妮, 林志鋒, 王然, 高明偉, 高春清 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)