全固態(tài)激光裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光裝置，包括有：多個(gè)串接的激光模塊，每個(gè)激光模塊包含激光晶體棒、多組半導(dǎo)體激光陣列及配套機(jī)械結(jié)構(gòu)；所述激光晶體棒由Tm:YAG晶體兩端鍵合白YAG晶體組成；腔鏡A及腔鏡B，所述腔鏡A為全反鏡，在其表面鍍有2μm波長(zhǎng)的高反膜；所述腔鏡B為輸出耦合鏡，在其朝向所述光學(xué)諧振腔內(nèi)的表面鍍有2μm波長(zhǎng)的部分反射膜，其另一面鍍有2μm波長(zhǎng)的增透膜；水冷系統(tǒng)，用于控制所述多個(gè)激光模塊的溫度；電源模塊，用于給所述多個(gè)激光模塊提供驅(qū)動(dòng)電源；本發(fā)明提供的裝置可以輸出中心波長(zhǎng)為2.07μm的高功率全固態(tài)Tm:YAG激光，其輸出波長(zhǎng)在大氣中具有較高的透過(guò)率；該裝置降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，可廣泛應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】全固態(tài)激光裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，特別涉及一種能夠輸出中心波長(zhǎng)為2.07 μ m的高功率全固態(tài)Tm: YAG激光的激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]中心波長(zhǎng)為2 μ m的高功率激光在醫(yī)學(xué)、光通信、遙感、雷達(dá)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其中，該類激光器的激光晶體棒一般采用Tm3+摻雜或Ho3+摻雜激光晶體來(lái)獲得高功率的激光，在該方案中，泵浦源一般采用中心波長(zhǎng)為0.785μπι的GaAlAs半導(dǎo)體激光器，所述半導(dǎo)體激光器在生長(zhǎng)、加工、封裝等方面已成熟，且其性價(jià)比高，適用于產(chǎn)業(yè)化。
[0003]針對(duì)上述的Tm: YAG激光器，其輸出中心波長(zhǎng)在2.01 μ m和2.02 μ m，且該激光器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，已實(shí)現(xiàn)超過(guò)100W的連續(xù)波和脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)激光輸出；但是，這些波長(zhǎng)在大氣中具有很多吸收線，其透過(guò)率較低；針對(duì)Ho激光器，其輸出中心波長(zhǎng)在2.09 μ m和2.12 μ m,該激光器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般采用多路合成技術(shù)方案，通常為3至5路，受合成機(jī)械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速限制，因此其很難實(shí)現(xiàn)高重頻(>5KHz)高功率激光的輸出。
[0004]針對(duì)2 μ m激光器的某些應(yīng)用領(lǐng)域，需要2 μ m激光器不僅具有較高的輸出功率，且其產(chǎn)生的波長(zhǎng)在大氣中應(yīng)具有較高的透過(guò)率，且重復(fù)頻率要求高(>5KHz)，顯然現(xiàn)有的方案并不能滿足這樣的要求；恰好中心波長(zhǎng)為2.07 μ m的激光在大氣中具有較好的透過(guò)率，能夠避開(kāi)GaAs吸收帶，可以減少GaAs等OPO晶體泵浦時(shí)的吸收損耗；因此能夠獲得中心波長(zhǎng)為2.07 μ m的高功率全固態(tài)Tm:YAG激光器在光電對(duì)抗等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0005]目前，R.C.Stoneman等人采用雙折射晶體進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧，獲得了 280mW的2.07 μ m激光輸出，但是，由于存在較大的插入損耗，將不利于產(chǎn)生高功率的激光輸出。
`[0006]由此看來(lái)，現(xiàn)有技術(shù)確有待于提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)透過(guò)率低、難以輸出高功率激光的不足，本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光裝置，使得其可以輸出中心波長(zhǎng)為2.07 μ m的高功率全固態(tài)Tm:YAG激光。
[0008]為實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0009]一種全固態(tài)激光裝置，包括有:
[0010]多個(gè)串接的激光模塊；每個(gè)激光模塊包含有激光晶體棒、多組半導(dǎo)體激光陣列及配套機(jī)械結(jié)構(gòu)；所述激光晶體棒由Tm:YAG晶體兩端鍵合白YAG晶體組成,所述配套機(jī)械結(jié)構(gòu)用于固定所述多組半導(dǎo)體激光陣列及激光晶體棒；
[0011]腔鏡A及腔鏡B，用以組成光學(xué)諧振腔；其中，所述腔鏡A為全反鏡，在其表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的高反膜；所述腔鏡B為輸出I禹合鏡,在其朝向所述光學(xué)諧振腔內(nèi)的表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的部分反射膜，在其另一面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的增透膜；所述腔鏡A及腔鏡B分別位于所述多個(gè)串接激光模塊的兩側(cè)；[0012]水冷系統(tǒng)，用于控制所述多個(gè)激光模塊的溫度；
[0013]電源模塊，用于給所述多個(gè)激光模塊提供驅(qū)動(dòng)電源。
[0014]優(yōu)選的，所述多組半導(dǎo)體激光陣列為GaAlAs半導(dǎo)體激光陣列，所述多組半導(dǎo)體激光陣列圍繞所述激光晶體棒均勻分布。
[0015]優(yōu)選的，所述多組半導(dǎo)體激光陣列為五組半導(dǎo)體激光陣列，該五組半導(dǎo)體激光陣列圍繞所述激光晶體棒呈72°均勻分布。
[0016]優(yōu)選的,所述激光晶體棒直徑為4mm,總長(zhǎng)度為105mm ;其中，所述Tm: YAG晶體長(zhǎng)為69mm，其兩端鍵合的白YAG晶體分別長(zhǎng)18mm ;所述Tm: YAG晶體摻雜濃度為2.5at.%?4at.%，所述Tm: YAG晶體在未鍵合白YAG晶體的側(cè)表面刻有螺紋。
[0017]優(yōu)選的，所述Tm:YAG晶體摻雜濃度為3.5at.%，且所述Tm:YAG晶體在未鍵合白YAG晶體的側(cè)表面刻有深0.1mm、寬0.6mm的螺紋。
[0018]優(yōu)選的，所述激光晶體棒兩端的通光表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的增透膜，所述激光晶體棒兩端的通光孔徑大于95%。
[0019]優(yōu)選的，所述每組半導(dǎo)體激光陣列包含12個(gè)半導(dǎo)體激光器，該12個(gè)半導(dǎo)體激光器呈雙線六列排布，所述半導(dǎo)體激光器的運(yùn)行模式為連續(xù)模式或脈沖模式。
[0020]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光波長(zhǎng)為785nm，線寬為2nm，所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)列尺寸為11_X0.1mm,所述半導(dǎo)體激光器的額定最大輸出功率為20W。
[0021]優(yōu)選的，所述腔鏡A的反射率大于99.8%，所述腔鏡B的反射率為95%。
[0022]優(yōu)選的，所述水冷系統(tǒng)用于控制所述多個(gè)激光模塊的溫度，使其不超過(guò)12°C。
[0023]優(yōu)選的，所述多個(gè)激光模塊之間的距離為50mm，所述腔鏡A與腔鏡B分別位于所述多個(gè)串接激光模塊的兩側(cè)，且與所述激光模塊的距離均為25mm。
[0024]本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光裝置，其采用具有較低透過(guò)率的輸出耦合鏡，實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)為2.07 μ m的激光輸出；采用多組半導(dǎo)體激光器陣列，每組半導(dǎo)體激光器陣列的發(fā)射中心波長(zhǎng)為785nm，提供了高強(qiáng)度的泵浦激勵(lì)；采用多個(gè)激光模塊串接的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了百瓦級(jí)中心波長(zhǎng)為2.07 μ m Tm:YAG激光的輸出；本發(fā)明與常見(jiàn)的全固態(tài)Tm:YAG激光裝置相比，其輸出波長(zhǎng)在大氣中具有較高的透過(guò)率；該裝置降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，可廣泛應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明中激光晶體棒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中腔鏡A、腔鏡B以及激光模塊組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中激光模塊與水冷系統(tǒng)組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)截面示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明中套管?chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面對(duì)于本發(fā)明所提出的一種全固態(tài)激光裝置，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光裝置，包括有:
[0031]多個(gè)串接的激光模塊T、腔鏡A及腔鏡B、水冷系統(tǒng)及電源模塊。
[0032]每個(gè)激光模塊T包含有激光晶體棒1、多組半導(dǎo)體激光陣列2及配套機(jī)械結(jié)構(gòu)；如圖1所示，所述激光晶體棒I由Tm:YAG晶體101兩端鍵合白YAG晶體102組成,所述配套機(jī)械結(jié)構(gòu)用于固定所述多組半導(dǎo)體激光陣列2及激光晶體棒I ;該配套機(jī)械結(jié)構(gòu)通常包括冷卻微通道、硅膠O型圈、銅質(zhì)反光瓦、激光頭端蓋、激光頭法蘭、石英管、螺釘?shù)?；所述多個(gè)串接的激光模塊T的數(shù)量不低于兩個(gè)，在該實(shí)施例中以兩個(gè)串接的激光模塊T為例進(jìn)行闡述。
[0033]腔鏡A3及腔鏡B4，用以組成光學(xué)諧振腔；其中，所述腔鏡A3為全反鏡，在其表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的高反膜；所述腔鏡B4為輸出耦合鏡，在其朝向所述光學(xué)諧振腔內(nèi)的表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的部分反射膜，在其另一面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的增透膜；所述腔鏡A3及腔鏡B4分別位于所述多個(gè)串接激光模塊T的兩側(cè)；如圖2所示，該實(shí)施例中提供串接的激光模塊Tl與激光模塊T2，所述腔鏡A3及腔鏡B4分別位于所述兩個(gè)串接激光模塊T的兩側(cè)。
[0034]水冷系統(tǒng)，用于控制所述多個(gè)激光模塊T的溫度；該水冷系統(tǒng)采用套管?chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)5，對(duì)激光晶體棒I與半導(dǎo)體激光器陣列2分別進(jìn)行控溫冷卻。
[0035]電源模塊，用于給所述多個(gè)激光模塊T提供驅(qū)動(dòng)電源；可以用一個(gè)電源模塊對(duì)多個(gè)激光模塊T 一起供電，也可以用多個(gè)電源模塊對(duì)多個(gè)激光模塊T分別供電。
[0036]優(yōu)選的，所述多組半導(dǎo)體激光陣列2為GaAlAs半導(dǎo)體激光陣列，所述多組半導(dǎo)體激光陣列2圍繞所述激光晶體棒I均勻分布。
[0037]優(yōu)選的，所述多組半導(dǎo)體激光陣列2為五組半導(dǎo)體激光陣列，該五組半導(dǎo)體激光陣列圍繞所述激光晶體棒I呈72°均勻分布。
[0038]圖3為所述激光模塊T與水冷系統(tǒng)組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)截面示意圖，水冷系統(tǒng)采用套管?chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)5，該套管?chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)5分為內(nèi)外兩層，其分別與激光晶體棒I同軸心地套于激光晶體棒I的外邊，并用硅膠O型圈與激光模塊T端頭固定，形成密封水路，所述配套機(jī)械結(jié)構(gòu)的銅質(zhì)反光瓦6用于固定所述五組半導(dǎo)體激光陣列2及激光晶體棒I。
[0039]如圖4所示，所述套管?chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)5的兩層套管中間留有夾層空間，形成外夾層501 ;所述內(nèi)層套管與激光晶體棒I之間形成內(nèi)夾層502 ;在所述內(nèi)層套管上規(guī)則的鉆有若干直徑為300 μ m的小孔，使得內(nèi)外夾層聯(lián)通，冷卻水經(jīng)過(guò)激光模塊T的端頭并從所述套管?chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)5—端的冷卻水入口 503流入所述外夾層501，然后通過(guò)內(nèi)層套管所開(kāi)的小孔噴射到激光晶體棒I的表面進(jìn)行冷卻，再?gòu)乃鎏坠車(chē)娚淅鋮s結(jié)構(gòu)5另一端的內(nèi)夾層502流出到另一側(cè)激光模塊T的端頭，從冷卻水出口 504流出；所述水冷系統(tǒng)用于控制所述多個(gè)激光模塊的溫度，使其不超過(guò)12°C ;在本實(shí)施例中采用去離子水作為水冷系統(tǒng)的冷卻液，并將冷卻溫度控制在8 °C。
[0040]優(yōu)選的,如圖1所示，所述激光晶體棒I的直徑為4mm,總長(zhǎng)度為105mm;其中，所述Tm: YAG晶體101長(zhǎng)為69mm，其兩端鍵合的白YAG晶體102分別長(zhǎng)18mm ;所述Tm: YAG晶體101摻雜濃度為2.5at.%?4at.%，所述Tm: YAG晶體101在未鍵合白YAG晶體的側(cè)表面刻
有螺紋。
[0041]優(yōu)選的，所述Tm: YAG晶體101摻雜濃度為3.5at.%，且所述Tm: YAG晶體101在未鍵合白YAG晶體102的側(cè)表面刻有深0.1mm、寬0.6mm的螺紋。
[0042]優(yōu)選的，所述激光晶體棒I兩端的通光表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的增透膜，所述激光晶體棒兩端的通光孔徑大于95%。
[0043]優(yōu)選的，所述每組半導(dǎo)體激光陣列2包含12個(gè)半導(dǎo)體激光器，該12個(gè)半導(dǎo)體激光器呈雙線六列排布，所述半導(dǎo)體激光器的運(yùn)行模式為連續(xù)模式或脈沖模式。
[0044]優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光波長(zhǎng)為785nm，線寬為2nm，所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)列尺寸為11_X0.1mm,所述半導(dǎo)體激光器的額定最大輸出功率為20W。
[0045]優(yōu)選的，所述腔鏡A 3的反射率大于99.8%，所述腔鏡B4的反射率為95%。
[0046]優(yōu)選的，所述多個(gè)激光模塊T之間的距離L2為50mm，所述腔鏡A3與腔鏡B4分別位于所述多個(gè)串接激光模塊T的兩側(cè)，且與所述激光模塊T的距離LI和L3均為25mm。
[0047]本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光裝置，其采用具有較低透過(guò)率的輸出耦合鏡，實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)為2.07 μ m的激光輸出；采用多組半導(dǎo)體激光器陣列，每組半導(dǎo)體激光器陣列的發(fā)射中心波長(zhǎng)為785nm，提供了高強(qiáng)度的泵浦激勵(lì)；采用多個(gè)激光模塊串接的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了百瓦級(jí)中心波長(zhǎng)為2.07 μ m Tm:YAG激光的輸出；本發(fā)明與常見(jiàn)的全固態(tài)Tm:YAG激光裝置相比，其輸出波長(zhǎng)在大氣中具有較高的透過(guò)率；該裝置降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，可廣泛應(yīng)用。
[0048]以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種全固態(tài)激光裝置，其特征在于，包括有: 多個(gè)串接的激光模塊；每個(gè)激光模塊包含有激光晶體棒、多組半導(dǎo)體激光陣列及配套機(jī)械結(jié)構(gòu)；所述激光晶體棒由Tm:YAG晶體兩端鍵合白YAG晶體組成，所述配套機(jī)械結(jié)構(gòu)用于固定所述多組半導(dǎo)體激光陣列及激光晶體棒； 腔鏡A及腔鏡B，用以組成光學(xué)諧振腔；其中，所述腔鏡A為全反鏡，在其表面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的高反膜；所述腔鏡B為輸出I禹合鏡,在其朝向所述光學(xué)諧振腔內(nèi)的表面鍍有2μηι波長(zhǎng)的部分反射膜，在其另一面鍍有2 μ m波長(zhǎng)的增透膜；所述腔鏡A及腔鏡B分別位于所述多個(gè)串接激光模塊的兩側(cè)； 水冷系統(tǒng)，用于控制所述多個(gè)激光模塊的溫度； 電源模塊，用于給所述多個(gè)激光模塊提供驅(qū)動(dòng)電源。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多組半導(dǎo)體激光陣列為GaAlAs半導(dǎo)體激光陣列，所述多組半導(dǎo)體激光陣列圍繞所述激光晶體棒均勻分布。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述多組半導(dǎo)體激光陣列為五組半導(dǎo)體激光陣列，該五組半導(dǎo)體激光陣列圍繞所述激光晶體棒呈72°均勻分布。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述激光晶體棒直徑為4mm，總長(zhǎng)度為105mm ;其中，所述Tm: YAG晶體長(zhǎng)為69mm，其兩端鍵合的白YAG晶體分別長(zhǎng)18mm ;所述Tm: YAG晶體摻雜濃度為2.5at.%?4at.%，所述Tm: YAG晶體在未鍵合白YAG晶體的側(cè)表面刻有螺紋。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述Tm:YAG晶體摻雜濃度為3.5at.%，且所述Tm: YAG晶體在未鍵合白YAG晶體的側(cè)表面刻有深0.1mm、寬0.6mm的螺紋。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述激光晶體棒兩端的通光表面鍍有2μ m波長(zhǎng)的增透膜，所述激光晶體棒兩端的通光孔徑大于95%。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述每組半導(dǎo)體激光陣列包含12個(gè)半導(dǎo)體激光器，該12個(gè)半導(dǎo)體激光器呈雙線六列排布，所述半導(dǎo)體激光器的運(yùn)行模式為連續(xù)模式或脈沖模式。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光波長(zhǎng)為785nm,線寬為2nm,所述半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點(diǎn)列尺寸為llmmX0.1mm,所述半導(dǎo)體激光器的額定最大輸出功率為20W。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述腔鏡A的反射率大于99.8%，所述腔鏡B的反射率為95%。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述水冷系統(tǒng)用于控制所述多個(gè)激光模塊的溫度，使其不超過(guò)12°C。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)激光模塊之間的距離為50mm，所述腔鏡A與腔鏡B分別位于所述多個(gè)串接激光模塊的兩側(cè)，且與所述激光模塊的距離均為25mm0
【文檔編號(hào)】H01S3/16GK103872571SQ201210545144
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】杜仕峰, 王彩麗, 彭欽軍, 牛燕雄, 薄勇, 許家林, 張超, 崔大復(fù), 許祖彥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所