基于气泡毛化的侧泵激光模块及应用其的固体激光器制造技术

一种基于气泡毛化的侧泵激光模块及应用其的固体激光器，该侧泵激光模块包括一晶体棒、一玻璃圆管、一空化装置和一冷却装置，其中：晶体棒的直径小于玻璃圆管的内径，且晶体棒置于玻璃圆管内；冷却装置，用于向晶体棒提供冷却液，冷却液充斥于晶体棒与玻璃圆管管壁之间的空隙内；空化装置，用于使进入晶体棒与玻璃圆管管壁之间空隙的冷却液空化产生气泡。基于气泡毛化的侧泵激光模块还包括由多个半导体激光器组成的泵浦源，且多个半导体激光器的发射光轴具有一定的偏离角。本发明专利技术提出的基于气泡毛化的侧泵激光模块和固体激光器可使得泵浦光在晶体棒中的分布更加均匀，从而减小热透镜及热致双折射等热学效应，提高输出激光的光束质量。

Side pump laser module based on bubble texturing and solid laser using the same

A side pump laser module based on bubble texturing and application of solid laser, the side pump laser module comprises a crystal rod, a glass tube, a cavitation device and a cooling device, which is less than the diameter of the crystal rod: glass tube diameter, and the crystal rod in glass tube; cooling device for providing cooling fluid to the cooling liquid crystal rod, filled with crystal rod and glass tube wall between the void; cavitation device, used for cooling liquid cavitation into the crystal rod and the glass tube wall of the gap between the bubbles. The side pump laser module based on the bubble texturing also includes a pump source composed of a plurality of semiconductor lasers, and the emission optical axis of a plurality of semiconductor lasers has a certain deviation angle. The invention provides a side pump laser module and laser texturing based on the bubble pump light in the crystal in the distribution is more uniform, thereby reducing the thermal lens and thermal birefringence and thermal effect, improve the quality of the output laser beam.

【技术实现步骤摘要】
基于气泡毛化的侧泵激光模块及应用其的固体激光器
本专利技术属于激光设备领域，更具体地涉及一种基于气泡毛化的侧泵激光模块及应用其的固体激光器。
技术介绍
LD(LaserDiode，激光二极管)泵浦固体激光器是一种用激光二极管泵浦固体激光增益介质的激光器。激光二极管用来泵浦固体激光器，相对于灯泵系统，具有方向性好、亮度高、光谱窄的特点，泵浦光能量空间分布相对集中。激光二极管阵列由于其具有电光转换效率高、可靠性高、结构简单和寿命长等优点，被新一代固体激光器广泛采用。同时，激光晶体棒，如掺钕晶体棒等增益介质具有较宽和较强的光谱吸收带，从而降低了对泵浦光的波长选择和控制要求，使其激光阈值较低，容易实现激光振荡。出射激光的光束质量较大程度地受到激光增益介质热效应的影响，当激光增益介质内部增益分布不均匀时，在增益介质内产生较大的热梯度，从而引起增益介质的热透镜及热致双折射等热学效应，使得激光的光束质量变差；相反，当激光增益介质内部的增益分布均匀时，在增益介质内产生的热学效应较小，从而有利于产生更好光束质量的激光。为了使激光增益介质内的泵浦光分布更为均匀，通常市面上使用的多是采用三维泵浦，即采用三个激光二极管阵列分别相隔120度的方向排布；较好的激光模块多采用五维泵浦，可以一定程度上使得泵浦光分布相对均匀。单纯增加泵浦的维数虽然可以使泵浦光更为均匀，但是随着维数的增加，激光模块的封装难度加大，成品合格率降低。为此我们需要研究使得泵浦光分布更为均匀的激光模块封装方法，以及如何在使用过程中使其泵浦光分布更为均匀的方法。
技术实现思路
基于以上技术问题，本专利技术的主要目的在于提出一种基于气泡毛化的侧泵激光模块及应用其的固体激光器，用于解决以上技术问题中的至少之一。为了达到上述目的，作为本专利技术的一个方面，本专利技术提出一种基于气泡毛化的侧泵激光模块，包括一晶体棒、一玻璃圆管、一空化装置和一冷却装置，其中：晶体棒的直径小于玻璃圆管的内径，且晶体棒置于玻璃圆管内；冷却装置，用于向晶体棒提供冷却液，冷却液充斥于晶体棒与玻璃圆管管壁之间的空隙内；空化装置，用于使进入晶体棒与玻璃圆管管壁之间空隙的冷却液空化产生气泡。进一步地，上述玻璃圆管具有一注液口和一排液口，注液口和排液口与冷却装置连接，用于注入或排出冷却液。进一步地，上述晶体棒的直径为4～10mm，晶体棒与玻璃圆管管壁之间的间隙为1～3mm。进一步地，上述晶体棒为钕玻璃晶体棒、掺钕钒酸钇晶体棒、钇铝石榴石晶体棒、掺钕钒酸钆晶体棒或掺钕矾酸镥晶体棒。进一步地，上述基于气泡毛化的侧泵激光模块还包括一泵浦源，泵浦源由多个半导体激光器组成，多个半导体激光器等角度环置于晶体棒的侧面。进一步地，上述多个半导体激光器的发射光轴具有一定的偏离角，优选地，偏离角为2～10度。进一步地，上述发射光轴的偏离角与多个半导体激光器的发散角、晶体棒及玻璃圆管的尺寸相匹配。进一步地，上述空化装置为微型超声波发生装置或引起压强瞬间变化的机械结构。进一步地，上述冷却装置包括一流量计和一流量阀，用于调节冷却液的流量，冷却液的流量为30～150L/min。为了达到上述目的，作为本专利技术的另一个方面，本专利技术提出一种固体激光器，包括上述的基于气泡毛化的侧泵激光模块。本专利技术提出的基于气泡毛化的侧泵激光模块及应用其的固体激光器，具有以下有益效果：1、本专利技术由于采用空化装置，使得进入晶体棒和玻璃圆管之间间隙的冷却液产生一定的空化形成空化气泡，用于形成气泡毛化效应，从而半导体激光器发出的泵浦光在冷却液中不完全遵循直线传播原理，使得泵浦光在晶体棒中的分布更加均匀，减小热透镜及热致双折射等热学效应，提高输出激光的光束质量；2、本专利技术设置半导体激光器具有一定的偏离角，使得泵浦光在晶体棒中的位置离中心轴具有一定距离，从而使得晶体棒中心的能量不至于过高，避免了较大的热效应，同时能够进一步促使泵浦光在晶体棒中的分布更加均匀，从而进一步提高输出激光的光束质量；3、本专利技术提出的基于气泡毛化的侧泵激光模块可用于频率变化激光器等对光束质量要求较高的情况，具有很大的社会经济效益。附图说明图1是本专利技术一实施例提出的基于气泡毛化的侧泵激光模块正面横截面的结构示意图；图2是本专利技术一实施例提出的基于气泡毛化的侧泵激光模块的中心区域及泵浦源的侧面横截面的结构示意图。【附图标记说明】1-注液口；2-流量阀及流量计；3-空化装置；4一晶体棒；5-冷却液；6-半导体激光器；7-热沉；8-玻璃圆管；9-排液口；10-水冷机。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种基于气泡毛化的侧泵激光模块，包括一晶体棒、一玻璃圆管、一空化装置和一冷却装置，其中：晶体棒的直径小于玻璃圆管的内径，且晶体棒置于玻璃圆管内；冷却装置，用于向晶体棒提供冷却液，冷却液充斥于晶体棒与玻璃圆管管壁之间的空隙内；该冷却液例如为水；空化装置，用于使进入晶体棒与玻璃圆管管壁之间空隙的冷却液空化产生气泡。上述玻璃圆管具有一注液口和一排液口，注液口和排液口与冷却装置连接，用于注入或排出冷却液。优选地，上述晶体棒的直径为4～10mm，晶体棒与玻璃圆管管壁之间的间隙为1～3mm。上述晶体棒为钕玻璃晶体棒、掺钕钒酸钇晶体棒、钇铝石榴石晶体棒、掺钕钒酸钆晶体棒或掺钕矾酸镥晶体棒。上述基于气泡毛化的侧泵激光模块还包括一泵浦源，泵浦源由多个半导体激光器组成，多个半导体激光器等角度环置于晶体棒的侧面。本专利技术还公开了一种固体激光器，包括上述的基于气泡毛化的侧泵激光模块。本专利技术公开的使泵浦光在晶体棒中的能量分布更为均匀的基于气泡毛化的侧泵激光模块，主要采用气泡毛化的方法和偏离泵浦的方法。气泡毛化法主要是在侧泵激光模块的注液口处增加一个空化装置，使得进入注液口的冷却液产生一定量的空化形成气泡，使得泵浦激光在冷却液中不完全直线传播而发生一定的漫散射，从而实现泵浦激光的均匀化。空化装置可以是微型超声波发生装置，也可以是能够使压强瞬间变化的内部机械结构；空化装置可以放置在注液口处，也可以集成在激光侧泵模块内。在涡流或超声波的物理作用下，冷却液中的某一区域会形成局部的暂时负压区，在冷却液中可空化形成气泡，气泡对泵浦光进行毛化，从而使泵浦光在激光晶体棒内分布更为均匀。通过光路追击及能量模拟可知，当半导体激光阵列向着激光晶体棒中心泵浦时，激光晶体棒中心的能量较大，容易形成较大的热效应；且在不同的情况下，半导体激光器偏离中心一个小角度可以获得更好的泵浦激光均匀化，从而获得更好光束质量的输出激光。本专利技术中将多个半导体激光器分别安装在相应的多个热沉上，从晶体棒侧面以一固定角度旋转放置安装于热沉上的半导体激光器，半导体激光器的发射光轴偏离激光晶体棒中心2～10度，优选偏离3～7度。优选地，上述发射光轴的偏离角与多个半导体激光器的发散角、晶体棒及玻璃圆管的尺寸相匹配；即对于固定的半导体激光器、晶体棒和玻璃圆管，偏离角有一最优值。该泵浦方式是将半导体激光器置于离玻璃圆管1cm内的位置，使泵浦光直接照射激光晶体棒。晶体棒、冷却液和玻璃圆管的组合以中心处为圆心，从内到位，第一层为晶体棒，半径为4～10mm；第二层为冷却液，半径在激光晶体棒的基础上增加1～3mm；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气泡毛化的侧泵激光模块，包括一晶体棒、一玻璃圆管、一空化装置和一冷却装置，其特征在于：晶体棒的直径小于所述玻璃圆管的内径，且所述晶体棒置于所述玻璃圆管内；冷却装置，用于向所述晶体棒提供冷却液，所述冷却液充斥于所述晶体棒与所述玻璃圆管管壁之间的空隙内；空化装置，用于使进入晶体棒与所述玻璃圆管管壁之间空隙的冷却液空化产生气泡。

【技术特征摘要】
1.一种基于气泡毛化的侧泵激光模块，包括一晶体棒、一玻璃圆管、一空化装置和一冷却装置，其特征在于：晶体棒的直径小于所述玻璃圆管的内径，且所述晶体棒置于所述玻璃圆管内；冷却装置，用于向所述晶体棒提供冷却液，所述冷却液充斥于所述晶体棒与所述玻璃圆管管壁之间的空隙内；空化装置，用于使进入晶体棒与所述玻璃圆管管壁之间空隙的冷却液空化产生气泡。2.如权利要求1所述的基于气泡毛化的侧泵激光模块，其特征在于，所述玻璃圆管具有一注液口和一排液口，所述注液口和排液口与所述冷却装置连接，用于注入或排出冷却液。3.如权利要求1所述的基于气泡毛化的侧泵激光模块，其特征在于，所述晶体棒的直径为4～10mm，所述晶体棒与所述玻璃圆管管壁之间的间隙为1～3mm。4.如权利要求3所述的基于气泡毛化的侧泵激光模块，其特征在于，所述晶体棒为钕玻璃晶体棒、掺钕钒酸钇晶体棒、钇铝石榴石晶体棒、掺钕钒酸钆晶体棒或掺钕矾酸镥晶体棒。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林学春，赵伟芳，张玲，于海娟，刘燕楠，赵鹏飞，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11