透明导光与低应力封装的固体激光模块装置及其焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置，包括：固体增益介质、导光过渡框、第一热沉、波导和冷却介质；第一热沉内设置有波导容置槽，并在波导容置槽内安装波导；冷却介质填充在波导与波导容置槽之间的空隙内；第一热沉与导光过渡框的形状相互匹配；第一热沉的一端与导光过渡框的一端焊接，导光过渡框的另一端与固体增益介质的一端焊接。该模块显著降低固体激光材料工作在宽温区内包括焊接过程和激光振荡过程的应力，减小了由于应力引起的出射光斑波前畸变；提高输出激光的光束质量，并且导光过渡框透明中空，可进行大面泵浦和大面对流冷却；实现高功率、高光束质量的激光输出。

Solid laser module device with transparent light guide and low stress package and its welding method

【技术实现步骤摘要】
透明导光与低应力封装的固体激光模块装置及其焊接方法
本专利技术涉及固体激光
，尤其涉及一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置及其焊接方法。
技术介绍
半导体泵浦的全固态激光器由于具有结构紧凑、效率高、光束质量好等优点具有广泛的应用前景，是目前激光领域研究的重点，获得高功率和高光束质量的激光输出更是科研人员一直追求的目标。与传统的棒状激光材料相比，板条状或盘片状的固体激光材料具有大的散热面积/体积比，散热能力强，能消除一阶热和应力聚焦。但是研究表明，这两种设计并不能完全消除其内部的热致波前畸变，固体激光材料内部仍然存在较大的应力和应变，因此有效降低板条或盘片在焊接过程和激光振荡过程中的应力，是改善激光光束质量的重要途径。现有技术中，板条或盘片的焊接通常有两种方式：一是采用大面传导冷却方案，将板条或盘片大面整体焊接在热沉上，如美国诺格公司在2006年成功实现19kW高光束质量激光输出所用的模块就是采用铟箔大面焊接板条的方案，国内众多全固态激光器研究单位也都采用类似方案，其优点在于大面焊接的操作简单，传导冷却的方式散热均匀，易于实现高光束质量的激光输出。但是此种方案要求端面泵浦，对泵浦光整形要求高，并且难以实现焊接的无空洞。二是采用大面对流冷却方案，将板条或盘片焊接在热沉框，其优点是大面泵浦，泵浦功率高，大面对流冷却散热更高效，热效应小。但是在工程实践中发现：目前上述两种方法都是将固体激光材料和金属热沉直接焊接在一起，固体激光材料的焊接过程先后经历了焊料超过100℃的高温熔化，随后冷却到常温环境，激光振荡时再通过冷却液冷却到常温甚至低温环境。在整个过程中，现有技术的焊接方案造成固体激光材料和金属热沉之间的热膨胀系数在宽温区不匹配，并且差异较大，使得固体激光材料局部应力增大，出射光斑波前畸变严重，光束质量下降。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置及其焊接方法以解决上述问题。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置，包括：固体增益介质、导光过渡框、第一热沉、波导和冷却介质；所述第一热沉内设置有波导容置槽，并在所述波导容置槽内安装所述波导；所述冷却介质填充在所述波导与所述波导容置槽之间的空隙内；所述第一热沉与所述导光过渡框的形状相互匹配；所述第一热沉的一端与所述导光过渡框的一端焊接，所述导光过渡框的另一端与所述固体增益介质的一端焊接。进一步地，还包括法兰和螺栓；所述法兰与所述热沉框通过螺栓连接，用于固定所述波导。进一步地，还包括密封圈；所述密封圈设置在法兰与所述波导之间，防止冷却介质溢出。进一步地，所述固体增益介质的材料包括：晶体、陶瓷及玻璃其中的一种或多种。进一步地，所述导光过渡框与所述固体增益介质材质完全相同。进一步地，所述固体增益介质的形状为板条状或盘片状。进一步地，所述冷却介质包括：水、重水、有机物液体、空气、二氧化碳气体、氦气及氮气其中一种或多种。进一步地，所述增益介质与所述波导相邻一侧表面镀有高透射率膜，所述增益介质另一侧表面镀有高反射率膜系。进一步地，还包括过渡层和第二热沉；所述过渡层一侧与所述增益介质镀有高反射率膜系的一侧焊接，所述过渡层另一侧与所述热沉部焊接。根据本专利技术的另一个方面，提供一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置的焊接方法，其特征在于，包括：步骤1：对增益介质镀膜；步骤2：将导光过渡框与所述增益介质一端焊接；步骤3：将热沉框与所述增益介质另一端焊接。本专利技术的一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置，包括：固体增益介质、导光过渡框、第一热沉、波导和冷却介质；所述第一热沉内设置有波导容置槽，并在所述波导容置槽内安装所述波导；所述冷却介质填充在所述波导与所述波导容置槽之间的空隙内；所述第一热沉与所述导光过渡框的形状相互匹配；所述第一热沉的一端与所述导光过渡框的一端焊接，所述导光过渡框的另一端与所述固体增益介质的一端焊接。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：(1)避免了固体激光材料直接与金属热沉接触时热膨胀系数不同造成的应力过大现象；(2)显著降低固体激光材料工作在宽温区内包括焊接过程和激光振荡过程的应力，减小了由于应力引起的出射光斑波前畸变；(3)提高输出激光的光束质量，并且导光过渡框透明中空，可进行大面泵浦和大面对流冷却；(4)实现高功率、高光束质量的激光输出。附图说明图1是根据本专利技术一可选实施方式的固体激光模块的结构示意图；图2是根据本专利技术一可选实施方式的第一导光过渡框的结构示意图；图3是根据本专利技术一可选实施方式的第二导光过渡框的结构示意图；图4是根据本专利技术一可选实施方式的第三导光过渡框的结构示意图；图5是根据本专利技术一可选实施方式的盘片激光模块的结构示意图。附图标记：1：固体增益介质；2：导光过渡框；3：第一热沉；4：波导；5：冷却介质；6：法兰；7：密封圈；8：过渡层；9：第二热沉；10：焊接层；11：泵浦光。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了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。在附图中示出了根据本专利技术实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。本专利技术的第一实施例提供了一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置，包括：固体增益介质1、导光过渡框2、第一热沉3、波导4和冷却介质5；所述第一热沉3内设置有波导4容置槽，并在所述波导4容置槽内安装所述波导4；所述冷却介质5填充在所述波导4与所述波导4容置槽之间的空隙内；所述第一热沉3与所述导光过渡框2的形状相互匹配；所述第一热沉3的一端与所述导光过渡框2的一端焊接，所述导光过渡框2的另一端与所述固体增益介质1的一端焊接。所述导光过渡框2中空可导泵浦光，因此可以进行侧面泵浦和端面泵浦。该模块避免了固体激光材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置，其特征在于，包括：固体增益介质(1)、导光过渡框(2)、第一热沉(3)、波导(4)和冷却介质(5)；/n所述第一热沉(3)内设置有波导(4)容置槽，并在所述波导(4)容置槽内安装所述波导(4)；/n所述冷却介质(5)填充在所述波导(4)与所述波导(4)容置槽之间的空隙内；/n所述第一热沉(3)与所述导光过渡框(2)的形状相互匹配；/n所述第一热沉(3)的一端与所述导光过渡框(2)的一端焊接，所述导光过渡框(2)的另一端与所述固体增益介质(1)的一端焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种透明导光与低应力封装的固体激光模块装置，其特征在于，包括：固体增益介质(1)、导光过渡框(2)、第一热沉(3)、波导(4)和冷却介质(5)；
所述第一热沉(3)内设置有波导(4)容置槽，并在所述波导(4)容置槽内安装所述波导(4)；
所述冷却介质(5)填充在所述波导(4)与所述波导(4)容置槽之间的空隙内；
所述第一热沉(3)与所述导光过渡框(2)的形状相互匹配；
所述第一热沉(3)的一端与所述导光过渡框(2)的一端焊接，所述导光过渡框(2)的另一端与所述固体增益介质(1)的一端焊接。


2.根据权利要求1所述的固体激光模块装置，其特征在于，还包括法兰(6)和螺栓；
所述法兰(6)与所述热沉框通过螺栓连接，用于固定所述波导(4)。


3.根据权利要求2所述的固体激光模块装置，其特征在于，还包括密封圈(7)；
所述密封圈(7)设置在法兰(6)与所述波导(4)之间，防止冷却介质(5)溢出。


4.根据权利要求1所述的固体激光模块装置，其特征在于，所述固体增益介质(1)的材料包括：晶体、陶瓷及玻璃其中的一种或多种。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄勇，陈中正，林延勇，彭钦军，许祖彦，孟帅，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11