一种低损耗浸入式液冷激光器增益池制造技术

本发明专利技术提供一种低损耗浸入式液冷激光器增益池。本发明专利技术由多片增益介质晶体片、泵浦光密封窗口、激光密封窗口及外部机械框架组成。在多片增益介质晶体片、泵浦密封窗口及激光密封窗口表面镀有高阈值激光介质膜，实现泵浦光和激光的无损耗透过。当利用该增益池的激光器工作时，低温冷却液体沿竖直方向流经多片增益介质晶体片实现温度控制，泵浦光经过泵浦密封窗口对增益介质晶体片进行激发，激光谐振腔经激光密封窗口，对增益介质晶体片进行能量提取，激光无损耗通过，从激光谐振腔输出激光。本发明专利技术结构简单紧凑，易于准直调解，便于实际工程运用；同时，利用该增益池的激光器，具有整体光

【技术实现步骤摘要】
一种低损耗浸入式液冷激光器增益池


[0001]本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种包含低损耗技术的、利用流动低温液体对固体增益介质片冷却的激光器增益池单元部件。

技术介绍

[0002]一般来说，激光器由泵浦源、激光增益部件和激光谐振腔组成。激光器中增益部件是其核心，在泵浦源能量激发下，增益介质吸收能量。激光器在工作状态下，能量被激光谐振腔提取，形成激光震荡输出。增益部件中增益介质的合理分布设计，有助于提高吸收泵浦能量率；增益部件的构造设计合理，利于激光谐振腔的能量提取。反之，当增益池部件对激光存在损耗时，则会制约激光输出功率及斜率效率。
[0003]增益部件对激光震荡存在损耗，往往是由以下几方面因素造成的：(1)增益介质本身对激光产生的损耗。例如增益介质不均匀，或激光增益介质存在微观缺陷或气泡等，对激光产生的散射；(2)激光增益介质界面产生的界面损耗。(3)除上述原因外，某些特殊增益介质本身特有的能级结构也可以造成对激光的再吸收损耗。例如在固态激光增益介质Yb:YAG材料1030nm发射谱线中，当激光增益介质未被充分激发时，由于激光下能级存在粒子数密度分布，会对1030nm激光产生再吸收损耗。
[0004]为了减小激光增益介质产生的损耗，工程设计人员采用了多种方式对增益部件进行设计。对于增益介质材料不均匀等原因，可以通过改变增益介质的加工工艺实现。对于激光介质本身因能级结构造成的对激光的再吸收损耗，可以通过合理分配泵浦能量得以改善。
[0005]浸入式液冷激光器，通过流动的低温液体对激光增益介质进行冷却，实现激光器增益介质部件温度控制。该类型激光器具有输出功率高、体积小、效率高、光束质量好及易于工程放大等优点。在该类激光器中，为实现激光高功率运转，一般通过以下几种方式降低增益介质损耗：(1)利用布氏角工作方式实现激光器增益介质部件的低损耗运转。在这种工作方式中，激光光线在激光介质中行进时，以特定角度穿过增益介质与冷却液间的界面，激光实现了高透过率运转。这种工作方式中，激光光线与激光增益介质及冷却液体之间的界面有确定的角度关系，这限制了增益介质片的排列方向，给增益池设计带来了制约。通常所说的布氏角是针对两种介质之间而言，而在浸入式液冷激光器中，激光光线往往至少要穿过三种(至少包括增益介质片、冷却液及增益部件窗口)或者三种以上的光学介质。此时激光光线的方向并不是严格按照两种介质之间的布氏角运行，而是按照多种介质的综合透过率最大值的角度方向行进，此角度往往接近两种介质之间的布氏角，但并不严格相等。此时增益介质系统的透过率也无法达到理论上的布氏角工作状态的透过率。即便如此，在某些特殊的光学表面上，例如增益池窗口等位置，仍需要镀制针对激光波长的高透过率薄膜。(2)采用与增益介质折射率相互匹配的液体作为冷却液体实现增益池的高透过率设计。利用这种方式实现低损耗的增益部件，往往具有很高的透过率，甚至接近于理论值。但是一般而言，具有该种折射率的液体往往较难找到。即便折射率匹配的液体被找到，也常常受到其
他方面物性的影响，限制了该匹配液体的实际应用。同时可能带来了诸如粘度大，有毒性等方面的危害，限制了该类液体的进一步工程放大等。
[0006]综上所述，选择设计合理的高透过率增益池，对于提高浸入式液冷激光器激光输出功率、提高光光效率具有重要的意义；对于该激光器的实际工程放大应用也具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0007]针对前述浸入式液冷激光器中增益介质部件具有高透过率特性的重要性，及针对几种常规高透过率增益介质部件设计方式的不足，本专利技术提供了一种低损耗浸入式液冷激光器增益池，旨在解决现有几种增益池设计方式中可能存在的增益池构造复杂、冷却液种类存在限制及可能带来毒性等问题。本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种低损耗浸入式液冷激光器增益池，包括外部框架和设置于其内部的沿竖直方向放置的多片增益介质片，所述多片增益介质片的左右两侧设有用于通过泵浦光的泵浦光密封窗口，所述多片增益介质片的前后两侧设有用于通过激光的激光密封窗口。
[0009]进一步地，低温液体沿竖直方向流经增益介质片的表面，在增益介质片与冷却液之间镀制有针对激光波长的激光增透膜。
[0010]进一步地，各增益介质片之间间距相等，呈等间距排列。
[0011]进一步地，所述增益介质片的材质为固体激光增益介质。
[0012]进一步地，所述增益介质片的材质包括激光透明陶瓷。
[0013]进一步地，所述增益介质片的材质包括Nd:YAG晶体，激光工作波长为1064nm。
[0014]进一步地，所述增益介质片的材质包括Yb:YAG晶体，激光工作波长为1030nm。
[0015]进一步地，所述泵浦光密封窗口的材质包括熔融石英材料。
[0016]进一步地，所述泵浦光密封窗口的内侧外侧均镀有针对泵浦光波长的激光介质薄膜，泵浦光密封窗口内表面、外表面所镀制的光学介质薄膜基于增益介质片的材质而定。
[0017]进一步地，所述激光密封窗口的材质包括熔融石英材料、氟化物材料。
[0018]本专利技术设计中的增益池设计构造简单，机械加工简易，便于实际操作，激光器的装调简便、易于操作；同时对增益池冷却液种类不存在限制，可有效提高该激光器安装操作过程的可靠性及安全性。低温冷却液体流经多片增益介质片间的等间距狭缝，沿竖直方向流经介质片表面，对增益介质片进行冷却。所述的介质片表面的高透激光介质薄膜，针对特定的增益介质材料和特定的低温冷却液体进行设计。当激光光线经过该界面穿过增益介质片和低温液体时，不会产生多余的附加损耗。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术低损耗浸入式液冷激光器增益池结构示意图。
[0021]图中：1、增益介质片；2、泵浦光密封窗口；3、激光密封窗口；4、机械框架。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
[0023]如图1所示，本实施例公开了一种利用竖直方向流动的低温液体冷却增益介质片的浸入式液冷激光器增益池，包括多片增益介质片1、泵浦光密封窗口2、激光密封窗口3及机械框架4。本专利技术具体包括机械框架和设置于其内部的沿竖直方向放置的多片增益介质片，所述多片增益介质片的左右两侧设有用于通过泵浦光的泵浦光密封窗口，所述多片增益介质片的前后两侧设有用于通过激光的激光密封窗口。当该增益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低损耗浸入式液冷激光器增益池，其特征在于，包括外部框架和设置于其内部的沿竖直方向放置的多片增益介质片，所述多片增益介质片的左右两侧设有用于通过泵浦光的泵浦光密封窗口，所述多片增益介质片的前后两侧设有用于通过激光的激光密封窗口。2.根据权利要求1所述的低损耗浸入式液冷激光器增益池，其特征在于，低温液体沿竖直方向流经增益介质片的表面，在增益介质片与冷却液之间镀制有针对激光波长的激光增透膜。3.根据权利要求1所述的低损耗浸入式液冷激光器增益池，其特征在于，各增益介质片之间间距相等，呈等间距排列。4.根据权利要求1所述的低损耗浸入式液冷激光器增益池，其特征在于，所述增益介质片的材质为固体激光增益介质。5.根据权利要求1所述的低损耗浸入式液冷激光器增益池，其特征在于，所述增益介质片的材质包括激光透明陶瓷。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万发，何书通，李义民，王颜超，徐东东，谭彦楠，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：