一种板条固体激光器泵浦增益模块制造技术

本发明专利技术涉及一种板条固体激光器泵浦增益模块，属于激光技术领域。本发明专利技术泵浦光源从板条状激光介质的横截面的所有边入射，从而使板条状激光介质内部泵浦光分布与振荡光在横截面的二维方向上都能够实现较高的模式匹配度。本发明专利技术采用VCSEL从板条状激光介质不通光的四个面进行对称的环形泵浦，在四个面上的非泵浦区域进行传导冷却，在保持板条状激光介质良好散热性能的基础上，采用四面对称泵浦，使板条状激光介质中的振荡光与泵浦光模式匹配度高，同时，分段式泵浦使得板条状激光介质内部沿激光传输方向温度梯度呈周期性变化，从而有效消除板条状激光介质的热透镜效应。

【技术实现步骤摘要】
一种板条固体激光器泵浦增益模块
本专利技术涉及一种板条固体激光器泵浦增益模块，属于激光

技术介绍
在固体激光器中，相比于传统的圆棒状激光介质，板条状激光介质由于其侧面能够实现优良的散热，可以有效降低热透镜和热致双折射效应，从而实现高光束质量输出被广泛研究。板条状激光介质通常的泵浦方式主要有端面、侧面、大面泵浦和角泵浦。在这些泵浦方式中，除角泵浦外，其他泵铺方式中，板条激光板条状激光介质均为六面体结构，其中，两个面为通光面，至少一个面为冷却面，因此，泵浦面最多为三个面(工程实践中，泵浦面通常为一个面，或两个相对的平行面)。而一或两个面的泵浦，在板条状激光介质内部形成的泵浦带，只能形成一维方向上的高斯分布，难以与两维高斯分布的振荡光形成良好的模式匹配，因此，该类板条激光器通常两个方向上的光束质量存在一定差异。对于角泵浦，是将六面体结构的板条激光板条状激光介质的棱边进行倒角，从倒角入射泵浦光，该泵浦方式在一定程度上提高了泵浦功率密度和一维泵浦均匀性，但同样无法实现两维方向的良好模式匹配。
技术实现思路
本专利技术的目技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种板条固体激光器泵浦增益模块。本专利技术的技术解决方案是：一种板条固体激光器泵浦增益模块，该泵浦增益模块包括泵浦源、板条状激光介质、泵浦源热沉和激光介质热沉；所述的泵浦源为半导体垂直腔面发射激光器(VCSEL)；所述的板条状激光介质为一六面体，六面体中有两个相对的面为通光面，其他四个面为非通光面，定义该四个面作为该六面体的侧面，该六面体的侧面在轴向上分为n个重复单元，每个重复单元在该六面体的侧面形成一周；每个重复单元分为冷却区域和泵浦区域，每个重复单元中泵浦区域的长度与泵浦源的发光区长度一致；n为自然数，n不小于2；所述的泵浦源放置到板条状激光介质上的泵浦区域，用于对板条状激光介质进行照射，且泵浦源的发光面与板条状激光介质表面平行；所述的激光介质热沉放置到板条状激光介质上的冷却区域，用于对板条状激光介质进行冷却；所述的泵浦源热沉用于对泵浦源进行冷却；所述的六面体的两个通光面可与侧面垂直，也可呈其他0-90°任意角度；所述的六面体的的横截面长宽可以相同，也可以不同；所述的板条状激光介质，在沿板条状激光介质长度方向上，其内部温度呈周期分布。有益效果(1)本专利技术泵浦光源从板条状激光介质的横截面的所有边入射，从而使板条状激光介质内部泵浦光分布与振荡光在横截面的二维方向上都能够实现较高的模式匹配度。本专利技术采用VCSEL从板条状激光介质不通光的四个面进行对称的环形泵浦，在四个面上的非泵浦区域进行传导冷却，在保持板条状激光介质良好散热性能的基础上，采用四面对称泵浦，使板条状激光介质中的振荡光与泵浦光模式匹配度高，同时，分段式泵浦使得板条状激光介质内部沿激光传输方向温度梯度呈周期性变化，从而有效消除板条状激光介质的热透镜效应；(2)本专利技术的泵浦增益模块采用分段式泵浦结构，该结构是将面发射的泵浦源分成4个一组，周期性分段放置在沿板条状激光介质的长度方向上，每组的4个泵浦源分别放置在板条状激光介质的4个侧面外侧，对板条状激光介质进行照射泵浦。在板条状激光介质的每个侧面上，分段放置的VCSEL与泵浦源热沉形成良好热接触。在沿板条状激光介质的长度方向上，泵浦区域间隔及区域之外处，放置激光介质热沉与板条状激光介质形成良好热接触，对板条状激光介质进行散热。泵浦区域的尺寸取决于板条状激光介质尺寸及VCSEL芯片发射面尺寸、发射角度等指标，具体应使泵浦光充满板条状激光介质横截面，同时满足激光器的泵浦功率需求及板条状激光介质的散热需求。泵浦区域间隔尺寸取决于芯片电极尺寸及散热需求，具体应在保证板条状激光介质散热良好的前提下尽量缩短间隔，以避免板条状激光介质过长时，板条状激光介质热沉的平面度不佳导致板条状激光介质内部应力过大。该模块使泵浦光在板条激光板条状介质横截面上沿周围四个边对称入射到板条状激光介质内部，沿板条状激光介质长度方向分段入射到板条状激光介质内部，在此方向上，泵浦区域间隔及区域之外处，对板条状激光介质进行散热。(3)本专利技术通过对板条状激光介质进行四面泵浦，从而避免了传统板条泵浦方式中，单面或双面泵浦导致的仅有一维方向与振荡光模式匹配的问题，使振荡光与泵浦光在二维方向上都良好匹配，可以使输出激光在两个方向上的光束质量较为一致；本专利技术通过在板条状激光介质泵浦间隔区域进行散热的方式，与传统传导冷却棒状固体激光器泵浦方式相比，保持了板条激光器散热良好的特点，降低了热应力双折射等问题；(4)本专利技术沿板条状激光介质长度方向上泵浦区与散热区间隔放置，从而使振荡激光沿传输方向上，会通过周期变化的温度场，从而很好的补偿了板条状激光介质的热透镜效应，进而提升光束质量。本专利技术与其他板条激光器泵浦方式相比，泵浦源激光无需整形，整体结构简单，可靠性高。(5)本专利技术提出一种应用于板条固体激光器的，采用半导体垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为泵浦源的四面对称环形分段式泵浦增益模块。该方案采用VCSEL从板条激光板条状激光介质不通光的四个面进行对称的环形泵浦，在四个面上的非泵浦区域进行传导冷却。相比于传统的泵浦结构，该结构在保持板条激光介质良好散热性能的基础上，使板条状激光介质内部泵浦光与振荡光实现更高的匹配度。在此基础上，分段式泵浦使得板条状激光介质内部温度场沿激光传输方向呈周期性变化，从而在激光传输过程中可以有效消除板条激光板条状激光介质的热透镜效应。从而提高输出激光的光束质量及其在X，Y两个方向上的一致性(以光束传输方向为Z轴，X、Y符合右手定则)。附图说明图1为本专利技术的泵浦增益模块的结构示意图；图2为本专利技术的泵浦增益模块的横截面示意图；图3为本专利技术的板条状激光介质上冷却区域和泵浦区域的分布示意图；图4为本专利技术的板条状激光介质上内部泵浦光的分布示意图；图5为本专利技术的板条状激光介质上内部泵浦光分布高斯拟合示意图；图6为本专利技术的板条状激光介质内部纵向(Z轴方向)温度分布示意图；其中，1-板条状激光介质，2-激光介质热沉，3-泵浦源热沉，4-泵浦源；具体实施方式图1为本专利技术板条激光器泵浦增益模块的整体构型图，图2是本专利技术泵浦模块侧向剖面图。增益模块包括板条激光板条状激光介质1，板条激光板条状激光介质热沉2以及泵浦源热沉3以及泵浦源4。板条激光板条状激光介质1通光面表面镀制对振荡光的增透膜，其余四个面打毛处理，与热沉接触处可采用镀金以便可以采用铟焊降低热阻。板条激光板条状激光介质的通光面不限于与侧面垂直，也可切割为布儒斯特角或其他角度0-90°角，板条状激光介质横截面长宽不限于相同，可以为不同。在板条状激光介质外侧设置板条状激光介质热沉2，具体构型见图3，热沉沿长度方向上，按一定周期镂空设计，固定在板条状激光介质外侧，并与板条状激光介质四个侧面形成良好热接触。该热沉可以为单独整体结构，也可以有2个以上的部分组合而成，本实施例中由2块拼合组成，在装配时，拼合处需采取恰当措施保证良好热接触。VCSEL半导体激光泵浦源3先按一定间隔焊接或压接于泵浦源热沉3上，要求泵浦源与泵浦源热沉形成良好热接触。泵浦源位置应与板条状激光介质热沉的镂空位置相对应，固定好后泵浦源后，将安装有泵浦源的泵浦源热沉与板条状激光介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：该泵浦增益模块包括板条状激光介质，板条状激光介质为一六面体，定义六面体中有两个相对的面为通光面，其他四个面为非通光面，四个非通光面作为该六面体的侧面，该六面体的侧面在轴向上分为若干个重复单元，每个重复单元分为冷却区域和泵浦区域。

【技术特征摘要】
1.一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：该泵浦增益模块包括板条状激光介质，板条状激光介质为一六面体，定义六面体中有两个相对的面为通光面，其他四个面为非通光面，四个非通光面作为该六面体的侧面，该六面体的侧面在轴向上分为若干个重复单元，每个重复单元分为冷却区域和泵浦区域。2.根据权利要求1所述的一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：每个重复单元在该六面体的侧面形成一周。3.根据权利要求1所述的一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：每个重复单元中泵浦区域的长度与泵浦源的发光区长度一致。4.根据权利要求1所述的一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：重复单元的个数为n，n为自然数，n不小于2。5.根据权利要求1所述的一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：六面体的两个通光面与侧面垂直。6.根据权利要求1所述的一种板条固体激光器泵浦增益模块，其特征在于：六面体的两个通光面与侧面不垂直。7.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜凡江，桑思晗，罗萍萍，杨超，史文宗，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11