專利名稱：發(fā)光二極管泵浦的激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型激光裝置，特別是涉及一種采用LED光源作為泵浦光源的全固態(tài)激光裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管通常稱之為LED (Light Emitting Diode)，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件， 它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。發(fā)光二極管的原理是當(dāng)電流經(jīng)過P-N結(jié)時(shí)，電子被推向P 區(qū)并與空穴復(fù)合，然后以光子的形式發(fā)出能量。LED由于成本低、體積小、壽命長、耗電低、高效率等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有潛力的新型照明光源。在另一方面，固體激光器通常采用閃光燈或者激光二極管(Laser Diode, LD)來進(jìn)行泵浦。閃光燈泵浦是利用高壓氣體放電時(shí)，氣體與金屬的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的高亮度光進(jìn)行泵浦，更適合于高功率、大能量激光器；激光二極管泵浦目前也稱之為半導(dǎo)體泵浦，是利用半導(dǎo)體激光二極管產(chǎn)生的激光進(jìn)行泵浦。所采用的激光二極管是包含有光學(xué)諧振腔的半導(dǎo)體激光器。相比較而言，激光二極管包含一個(gè)光學(xué)諧振腔，存在閾值特性，產(chǎn)生的光子在腔內(nèi)振蕩放大，輸出的是激光；而發(fā)光二極管不包含光學(xué)諧振腔，沒有閾值特性，輸出的光是普通的照明光，因此成本比激光二極管低得多。在現(xiàn)有專利中，針對(duì)LED本身結(jié)構(gòu)的專利也很多，比如US2006/0220046 Al，闡述了一種新的LED封裝結(jié)構(gòu)，保證發(fā)光二極管能夠高效、穩(wěn)定的發(fā)光；關(guān)于激光二極管泵浦技術(shù)的發(fā)明也很多，比如申請(qǐng)?zhí)枮?00580013368.0的中國專利，闡述了一種激光二極管泵浦的激光產(chǎn)生裝置。但是以LED為泵浦光源的激光裝置并沒有發(fā)現(xiàn)，而本發(fā)明成功的解決了 LED光功率低的問題，實(shí)現(xiàn)了 LED泵浦的激光放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種新型的激光器，采用LED作為泵浦光源對(duì)激光工作物質(zhì)的泵浦，實(shí)現(xiàn)激光輸出。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及的LED泵浦的激光器，如圖1和圖2所示，包括LED光源1 ；一個(gè)整形裝置，包括透鏡陣列2和聚焦鏡3 ；后腔鏡4 ；激光工作物質(zhì)5 ；前腔鏡6 ；反射鏡7。在所述的技術(shù)方案中，所述的LED光源1用來產(chǎn)生泵浦光。在所述的技術(shù)方案中，所述的整形裝置用來將所述的LED光源發(fā)出的光匯聚到所述的激光工作物質(zhì)5上。所述的透鏡陣列2用來對(duì)LED光源1發(fā)出的光進(jìn)行初步整形，使每個(gè)LED輸出的泵浦光變成平行光束。在所述的技術(shù)方案中，所述的聚焦鏡3置于所述的透鏡陣列2之后，用來壓縮LED 陣列1發(fā)出的泵浦光的發(fā)散角，與后腔鏡4共同將泵浦光精確匯聚到激光工作物質(zhì)5上。在所述的技術(shù)方案中，所述的激光工作物質(zhì)5置于所述的LED光源1發(fā)出的光整形后光束的某個(gè)位置，用來吸收泵浦光，產(chǎn)生受激輻射的信號(hào)光。
在所述的技術(shù)方案中，所述的后腔鏡4與前腔鏡6構(gòu)成了諧振腔，產(chǎn)生受激輻射的信號(hào)光，并從所述的前腔鏡向外輸出。在所述的技術(shù)方案中，所述的反射鏡7置于后腔鏡4與前腔鏡6構(gòu)成的諧振腔中， 反射泵浦光和受激輻射產(chǎn)生的信號(hào)光，進(jìn)行輸出信號(hào)光特性的調(diào)節(jié)。本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于激光二極管泵浦來說，發(fā)光二極管泵浦的成本更低，壽命更長；相對(duì)于閃光燈泵浦技術(shù)，發(fā)光二極管泵浦的光束發(fā)散角小，易于整形，光譜寬度窄，泵浦光的利用效率更高。而且采用發(fā)光二極管泵浦技術(shù)的的激光器體積更小、更穩(wěn)定，成本也更低。所設(shè)計(jì)的整形裝置結(jié)構(gòu)緊湊、能夠很好的實(shí)現(xiàn)大面積到小面積的匯聚。


圖1是發(fā)光二極管泵浦的激光器結(jié)構(gòu)之一。圖2是發(fā)光二極管泵浦的激光器結(jié)構(gòu)之二。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1參考圖1，制作一個(gè)發(fā)光二極管泵浦的激光裝置。該裝置選用的LED光源1為 IOX 10排布的單個(gè)圓形封裝的LED的陣列，中間開有IOmmX IOmm的方形孔，來通過匯聚光。 LED光源1發(fā)出的光照射到整形的透鏡陣列2上。透鏡陣列2上的透鏡數(shù)目與LED光源1 中的LED數(shù)目相同，并且透鏡陣列2中的透鏡與LED光源1中的發(fā)光LED —一對(duì)應(yīng)，保證每個(gè)LED發(fā)出的光可以被對(duì)應(yīng)的透鏡整形成平行光束。聚焦鏡3是一個(gè)拋物面反射鏡，將各個(gè)LED發(fā)出的光反射并匯聚。經(jīng)過聚焦鏡3反射的各束光經(jīng)過后腔鏡4。后腔鏡4兩側(cè)鍍有針對(duì)LED光源1的波長的增透膜，來增加透過率。在朝向激光工作物質(zhì)5的一側(cè)，還鍍有針對(duì)激光器輸出波長激光的高反射膜。后腔鏡4本身也是一個(gè)針對(duì)LED波長光的透鏡，與反射鏡3配合調(diào)節(jié)泵浦光在晶體中的光束直徑和發(fā)散角度，來保證高效率的泵浦。激光工作物質(zhì)5吸收泵浦光，后腔鏡4與前腔鏡6構(gòu)成了諧振腔。激光工作物質(zhì)5在LED光源1 的激勵(lì)下形成激光輸出。實(shí)施例2參考圖2，制作一個(gè)發(fā)光二極管泵浦的激光裝置。該裝置選用的LED光源1是由16 個(gè)集成封裝LED陣列4X4排布，構(gòu)成一個(gè)大發(fā)光面。每個(gè)集成封裝LED陣列內(nèi)部包含20 個(gè)LED發(fā)光點(diǎn)，共同封裝成一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的發(fā)光光源。LED光源1發(fā)出的光照射到整形的透鏡陣列2上。透鏡陣列2上安裝有多個(gè)柱透鏡，用來壓縮集成封裝的LED陣列發(fā)出的光的發(fā)散角。透鏡數(shù)目與LED光源1中的集成封裝的LED陣列數(shù)目相同，并且透鏡陣列2中的透鏡與LED光源1中的集成封裝的LED陣列一一對(duì)應(yīng)，保證每個(gè)LED發(fā)出的光可以被對(duì)應(yīng)的透鏡整形成平行光束。聚焦鏡3為一個(gè)凸透鏡，用來將各個(gè)集成封裝的LED陣列發(fā)出的光匯聚到激光晶體上。激光工作物質(zhì)5朝向LED光源1的一側(cè)鍍有LED波長的增透膜，來增加透過率，同時(shí)還鍍有針對(duì)激光器輸出波長激光的高反射膜，等效于后腔鏡。在激光工作物質(zhì)5上鍍的對(duì)信號(hào)光波長的反射膜與反射鏡7、前腔鏡6共同構(gòu)成了一個(gè)折疊式的激光諧振腔。激光工作物質(zhì)5在LED光源1的激勵(lì)下形成激光輸出。實(shí)施例3參考圖3，制作一個(gè)發(fā)光二極管泵浦的激光裝置。該裝置選用的LED光源1是由一個(gè)LED陣列構(gòu)成。LED陣列內(nèi)部包含5個(gè)LED發(fā)光點(diǎn)，共同封裝成一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的發(fā)光光源。LED光源1發(fā)出的光照射到用來壓縮LED陣列發(fā)出的光的發(fā)散角，并匯聚到工作物質(zhì)5 上。激光工作物質(zhì)5朝向LED光源1的一側(cè)鍍有LED波長的增透膜，來增加透過率，同時(shí)還鍍有針對(duì)激光器輸出波長激光的高反射膜，等效于后腔鏡。在激光工作物質(zhì)5上鍍的對(duì)信號(hào)光波長的反射膜與前腔鏡6共同構(gòu)成了激光諧振腔。激光工作物質(zhì)5在LED光源1的激勵(lì)下形成激光輸出。
權(quán)利要求
1.一種采用LED光源作為泵浦光源的全固態(tài)激光裝置，包括LED光源、整形裝置、后腔鏡、激光工作物質(zhì)、前腔鏡、反射鏡；在上述的技術(shù)方案中，所述的LED光源用來產(chǎn)生泵浦光；所述的整形裝置用來對(duì)LED光源發(fā)出的光進(jìn)行整形，使其滿足激光器發(fā)生裝置對(duì)泵浦光的要求；所述的激光工作物質(zhì)置于所述的LED光源發(fā)出的光整形后聚焦的位置，用來吸收泵浦光，產(chǎn)生受激輻射的信號(hào)光； 所述的后腔鏡與前腔鏡構(gòu)成了諧振腔，產(chǎn)生受激輻射的信號(hào)光，并從前腔鏡向外輸出；所述的反射鏡置于后腔鏡與前腔鏡構(gòu)成的諧振腔中，反射泵浦光和受激輻射產(chǎn)生的信號(hào)光，進(jìn)行輸出信號(hào)光特性的調(diào)節(jié)。
2.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的 LED光源可以是1個(gè)或多至1000個(gè)的單個(gè)封裝的LED，也可以是將2至100個(gè)LED密集的排布在一起，經(jīng)過整體封裝，構(gòu)成的集成封裝LED陣列；這些單個(gè)封裝的LED或者集成封裝 LED陣列可以按照任意的行列數(shù)目排布，也可以按照?qǐng)A周排布在一個(gè)面上。
3.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的整形裝置可以包括一個(gè)透鏡陣列和一個(gè)聚焦鏡；透鏡陣列與所述的LED光源中的每個(gè)單個(gè)封裝的LED，或者每個(gè)集成封裝LED陣列所對(duì)應(yīng)，將所述的LED光源中每個(gè)單元發(fā)出的光整形成平行光；聚焦鏡用來將所述的LED光源發(fā)出的光匯聚，可以是透鏡也可以是反射鏡。
4.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的后腔鏡可以是平面鏡、凹透鏡或者凸透鏡，也可以通過在所述的激光工作物質(zhì)上鍍膜、與工作物質(zhì)粘接、鍵合在一起來替代實(shí)現(xiàn)；所述的后腔鏡是凹透鏡或者凸透鏡時(shí)，也用來調(diào)整泵浦光的特性，滿足激光工作物質(zhì)對(duì)泵浦光的需求。
5.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的后腔鏡、前腔鏡、反射鏡構(gòu)成了激光器的諧振腔；所述的激光工作物質(zhì)助于諧振腔內(nèi)，用來放大信號(hào)光產(chǎn)生激光輸出；諧振腔可以不包含所述的反射鏡，也可以包含數(shù)目一個(gè)至10個(gè)的反射鏡，用來構(gòu)成V形腔、Z形腔、行波腔等多種諧振腔。
6.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的 LED光源的整形裝置也可以用LED光源陣列的排布結(jié)構(gòu)替代。通過將LED光源的封裝結(jié)構(gòu)制作成透鏡形狀，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)封裝的LED或者集成封裝LED陣列發(fā)出的光的匯聚；通過將這些LED排布在部分球面或者拋物面上，形成對(duì)全部LED或者集成封裝LED陣列發(fā)出的光的匯聚。
7.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的 LED光源的整形裝置可以包括1至10個(gè)聚焦鏡，可以是透鏡和反射鏡的組合，來實(shí)現(xiàn)對(duì)LED 光源發(fā)出的光的匯聚。
8.按權(quán)利要求1所述的采用LED光源作為泵浦光源的激光裝置，其特征在于，所述的 LED光源可以包含一個(gè)LED，或者僅為一個(gè)集成封裝LED陣列，所述的整形裝置僅為一個(gè)透鏡或者數(shù)目2至10個(gè)的一組透鏡，來實(shí)現(xiàn)對(duì)LED光源發(fā)出的光的匯聚。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用LED光源作為泵浦光源的全固態(tài)激光裝置，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。該裝置是由LED光源、包括透鏡陣列和聚焦鏡的整形裝置、后腔鏡、激光工作物質(zhì)、前腔鏡、聚焦鏡和反射鏡構(gòu)成的一個(gè)激光發(fā)生裝置。所述的LED光源用來產(chǎn)生泵浦光，所述的整形裝置用來將所述的LED光源發(fā)出的光匯聚到激光工作物質(zhì)上，所述的激光工作物質(zhì)、后腔鏡和前腔鏡構(gòu)成諧振腔，產(chǎn)生激光。本發(fā)明的激光裝置以LED為激光泵浦源，通過整形系統(tǒng)使得大面積LED發(fā)出的光匯聚到小的激光工作物質(zhì)上，在高效率泵浦下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量激光輸出。裝置結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H01S3/00GK102480101SQ20101056554
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者余錦, 劉洋, 張雪, 樊仲維, 趙天卓 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電研究院, 北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司