大口徑均勻放大激光模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器件領(lǐng)域，具體而言，涉及大口徑均勻放大激光模塊。
【背景技術(shù)】
[0002](polycrystalline aluminum-yttrium garnet，YAG)的化學(xué)式為Y3AI5O12，或?qū)憺?Υ203.5AI2O3，其中Y2O3為57.06wt % ,Al2O3為42.94wt%，是一種綜合性能，包括光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)均優(yōu)良的激光基質(zhì)。在中小功率激光器件中，目前使用釔鋁石榴石制成的釔鋁石榴石晶體(Nd:YAG)的實(shí)用數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他激光工作物質(zhì)。在實(shí)際制備時(shí)是將一定比例的Al2O2J2O2和Nd2O3在單晶爐中熔化結(jié)晶制成釔鋁石榴石晶體。在釔鋁石榴石晶體生長過程中主要采用提拉法，又稱切克勞斯基法(Cz0Chralsik)XZ法。生長得到的晶體毛坯。由于釔鋁石榴石晶體具有優(yōu)良的熱學(xué)性能，因此非常適合制成激光工作物質(zhì)。
[0003]提拉法的缺點(diǎn)是熔體的液流作用、傳動(dòng)裝置的振動(dòng)和溫度的波動(dòng)都會(huì)對晶體的質(zhì)量產(chǎn)生影響。由于晶體自身的特性，隨著晶體生長長度的增長，其兩端的摻雜濃度會(huì)逐漸升高。通常的晶體棒的制作方法是沿著晶體毛胚生長方向加工，晶體棒的長度決定了晶體棒上摻雜濃度的差異大小，加工直徑8mm及以上晶體棒的長度通常大于100mm，10mm的晶體棒上會(huì)存在20 % -30 %的摻雜濃度差異。
[0004]存在的問題:通常使用的激光放大模塊由bar條、冷卻熱沉和冷卻水管構(gòu)成栗浦塊，由多個(gè)栗浦塊連接構(gòu)成板狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)，在激光放大模塊中多個(gè)板狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)圍繞晶體棒排布。每個(gè)栗浦bar條結(jié)構(gòu)上的bar條距晶體棒的距離相同且固定，而且摻雜濃度與晶體棒對栗浦光的吸收系數(shù)成正比，對于直徑較大較長的晶體棒，其本體上的摻雜濃度梯度過高，晶體棒兩端的吸收系數(shù)和中部的吸收系數(shù)不一致，差值較大，使得晶體棒上的整體栗浦不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致最終的增益輸出不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種大口徑均勻放大激光模塊，以解決上述問題。
[0006]在本發(fā)明的實(shí)施例中提供的大口徑均勻放大激光模塊，包括:環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)、電動(dòng)控制塊、伸縮螺桿、晶體棒、玻璃套管和結(jié)構(gòu)件；
[0007]所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)包括多個(gè)栗浦塊，每個(gè)所述栗浦塊由bar條，冷卻熱沉和冷卻水管構(gòu)成;所述bar條和所述冷卻熱沉連接，所述冷卻熱沉的內(nèi)部設(shè)有冷卻水通道;其中的兩個(gè)所述冷卻熱沉上分別設(shè)有與所述冷卻水通道連通的出水管和進(jìn)水管;從設(shè)有所述進(jìn)水管的所述冷卻熱沉到設(shè)有所述出水管的所述冷卻熱沉，多個(gè)所述冷卻水通道通過多個(gè)所述冷卻水管依次串聯(lián)，形成環(huán)狀;所述bar條靠近環(huán)狀的所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)所在的中心軸；
[0008]所述晶體棒設(shè)在所述玻璃套管中；沿所述玻璃套管的長度所在方向，多個(gè)直徑相同或者不同的環(huán)狀的所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)套在所述玻璃套管上，所述玻璃套管通過所述結(jié)構(gòu)件固定在由多個(gè)環(huán)狀的所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)構(gòu)成的中空部，所述玻璃套管的外壁與每個(gè)栗浦bar條結(jié)構(gòu)中的每個(gè)所述bar條之間均留有調(diào)節(jié)間隙；
[0009]所述伸縮螺桿的一端和所述電動(dòng)控制塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端和所述冷卻熱沉連接，所述電動(dòng)控制塊通過外界提供的電信號旋轉(zhuǎn)所述伸縮螺桿，調(diào)節(jié)所述bar條到所述晶體棒的距離；
[0010]還包括將每個(gè)所述電動(dòng)控制塊分別固定的固定外殼。
[0011]本發(fā)明提供的大口徑均勻放大激光模塊中，將多個(gè)由bar條，冷卻熱沉和冷卻水管構(gòu)成的栗浦塊連接成環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)，將多個(gè)環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)的直徑相同或者不同，套在裝載有晶體棒的玻璃套管上，玻璃套管和每個(gè)環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)中的bar條之間均留有調(diào)節(jié)間隙。同時(shí)，與冷卻熱沉連接有電動(dòng)控制塊，在電動(dòng)控制塊上設(shè)有伸縮螺桿，伸縮螺桿的一端和電動(dòng)控制塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端和冷卻熱沉連接，電動(dòng)控制塊通過固定外殼固定，并通過外界提供的電信號旋轉(zhuǎn)伸縮螺桿，調(diào)節(jié)bar條到所述晶體棒的距離。
[0012]也就是能夠通過電動(dòng)控制塊調(diào)整并控制bar條與晶體棒之間的距離來彌補(bǔ)晶體在生長過程中產(chǎn)生的缺陷，形成一個(gè)栗浦bar條結(jié)構(gòu)與其相對應(yīng)的一段晶體棒之間的小范圍的均勻栗浦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光模塊的均勻增益輸出。
[0013]通過大量的光學(xué)追跡模擬分析和實(shí)驗(yàn)測試，得知bar條到晶體棒的距離與栗浦均勻特性的規(guī)律，例如針對直徑15_的釔鋁石榴石晶體，在0.8 %的摻雜濃度下，bar條到晶體棒的距離為8mm、I Omm、12mm和14mm時(shí)，得到的晶體棒截面上的能量密度分布如圖1所示，在距離為8mm時(shí)，明顯中間存在嚴(yán)重的能量交疊突起;對于距離為14mm時(shí)，中間就過于凹陷。
[0014]本發(fā)明通過控制bar條到晶體棒的距離來實(shí)現(xiàn)一定吸收系數(shù)范圍內(nèi)的均勻栗浦，彌補(bǔ)晶體棒生長過程中存在的缺陷問題。并通過固定外殼固定的電動(dòng)控制塊來調(diào)節(jié)bar條到晶體棒的距離，針對不同注入栗浦功率進(jìn)行均勻性的精確控制，實(shí)現(xiàn)晶體棒全范圍栗浦均勻性的精確控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最終的均勻增益放大。所以，本發(fā)明提供的大口徑均勻放大激光模塊中能夠使用直徑較大長度較長的晶體棒進(jìn)行激光放大，并且能夠達(dá)到均勻增益輸出的目的。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明提供的晶體棒截面上的能量密度分布圖；
[0016]圖2為由8個(gè)栗浦塊構(gòu)成的栗浦bar條結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為內(nèi)壁上設(shè)有凸起的玻璃套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為內(nèi)壁設(shè)有凸起的玻璃套管及復(fù)合結(jié)構(gòu)晶體棒的組合結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為多個(gè)半徑不同的栗浦bar條結(jié)構(gòu)套在一個(gè)內(nèi)設(shè)有晶體棒的玻璃套管上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6為多個(gè)半徑不同的栗浦bar條結(jié)構(gòu)套在一個(gè)內(nèi)設(shè)有晶體棒的玻璃套管上的剖面圖；
[0021 ]圖7為包含電動(dòng)控制塊的一個(gè)栗浦bar條結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]1.晶體短棒，2.玻璃套管，3.固定凸起，4.bar條，5.冷卻熱沉，6.冷卻水管，7.進(jìn)水管，8.出水管，9.電動(dòng)控制塊，1.伸縮螺桿，11.固定外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]實(shí)施例1:如圖2-圖7所示
[0025]大口徑均勻放大激光模塊，包括:環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)、電動(dòng)控制塊9、伸縮螺桿
10、晶體棒、玻璃套管2和結(jié)構(gòu)件；
[0026]所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)包括多個(gè)栗浦塊，每個(gè)所述栗浦塊由bar條4，冷卻熱沉5和冷卻水管6構(gòu)成;所述bar條4和所述冷卻熱沉5連接，所述冷卻熱沉5的內(nèi)部設(shè)有冷卻水通道；其中的兩個(gè)所述冷卻熱沉5上分別設(shè)有與所述冷卻水通道連通的出水管8和進(jìn)水管7;從設(shè)有所述進(jìn)水管7的所述冷卻熱沉5到設(shè)有所述出水管8的所述冷卻熱沉5，多個(gè)所述冷卻水通道通過多個(gè)所述冷卻水管6依次串聯(lián)，形成環(huán)狀;所述bar條4靠近環(huán)狀的所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)所在的中心軸；
[0027]所述晶體棒設(shè)在所述玻璃套管2中；沿所述玻璃套管2的長度所在方向，多個(gè)直徑相同或者不同的環(huán)狀的所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)套在所述玻璃套管2上，所述玻璃套管2通過所述結(jié)構(gòu)件固定在由多個(gè)環(huán)狀的所述栗浦bar條結(jié)構(gòu)構(gòu)成的中空部，所述玻璃套管2的外壁與每個(gè)栗浦bar條結(jié)構(gòu)中的每個(gè)所述bar條4之間均留有調(diào)節(jié)間隙；
[0028]所述伸縮螺桿1的一端和所述電動(dòng)控制塊9轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其另一端和所述冷卻熱沉5連接，所述電動(dòng)控制塊9通過外界提供的電信號旋轉(zhuǎn)所述伸縮螺桿10，調(diào)節(jié)所述bar條4到所述晶體棒的距離。
[0029]本發(fā)明提供的大口徑均勻放大激光模塊中，將多個(gè)由bar條4，冷卻熱沉5和冷卻水管6構(gòu)成的栗浦塊連接成環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)，將多個(gè)環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)的直徑相同或者不同，套在裝載有晶體棒的玻璃套管2上，玻璃套管2和每個(gè)環(huán)狀的栗浦bar條結(jié)構(gòu)中的bar條4之間均留有調(diào)節(jié)間隙。同時(shí)，與冷卻熱沉5連接有電動(dòng)控制塊9，在電動(dòng)控制塊9上設(shè)有伸縮螺桿10，伸縮螺桿10的一端和電動(dòng)控制塊9