集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器制造技术

一种集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器，其特点是在下热沉和上热沉之间的内部依次集成有激光二极管芯片、微光学整形器和固体激光介质，在所述的激光二极管芯片镀对泵浦光的全反膜的后端面和固体激光介质的镀对泵浦光的全反膜的左侧面构成激光二极管的谐振腔，所述的激光二极管芯片、微光学整形器和固体激光介质之间的自然面分别镀对泵浦光的减反膜，所述的固体激光介质两端的谐振腔镜构成固体激光器的谐振腔，所述的激光二极管芯片的阳极和阴极分别从所述的下热沉和上热沉引出。本发明专利技术极大地降低了全固态激光器单位功率重量比；将全固态激光器的电光转换效率增加到３５％以上；具有多模块串连的扩展性；可大批量标准化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全固态激光器，特别是一种集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光o
技术介绍
传统上，激光二极管泵浦的全固态激光器都采用分立式的结构，激光二极管(或 激光二极管列阵)组成一个模块，包含有激光芯片、热沉、电极和光学准直系统等，而固态 激光器以激光激活介质为主要组成又构成一个模块，包括晶体(或光纤)、冷却系统、光学 系统、调Q和锁模系统和机械结构等，由此导致整个固体激光器体积庞大、电光转换效率 低、无法满足现代应用对单位功率重量比(即获得1瓦激光输出所需的激光器重量)和节 能的需求，使全固态激光器的使用范围只能限制在相对传统的行业应用中，无法广泛应用 在精细机械加工、航空航天和手持加工设备等日益重要的行业中。
技术实现思路
为了将现有的激光二极管泵浦的全固态激光器的体积减小到可以用于苛刻环境， 进一步提高激光二极管泵浦的全固态激光器的电光转换效率，本专利技术提出一种集成式激光 二极管腔内泵浦的全固态激光器，该激光器不仅极大的降低了全固态激光器的单位功率重 量比，而且可以将目前全固态激光器的电光转换效率(及插头效率)由目前的不超过25% 增加到35%以上。本专利技术的技术解决方案如下一种集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器，其特点是在L型在下热沉上分 别采用铟焊接或导热硅胶胶合的方法将激光二极管芯片、微光学整形器(105)和固体激光 介质的位置依次固定，两端添加填充材料，将与所述的下热沉对称的L型上热沉对称地覆 盖后，通过螺丝紧固集成为一个整体，所述的激光二极管芯片镀全反膜的后端面和固体激 光介质的镀对泵浦光的全反膜的左侧面构成激光二极管的谐振腔，所述的激光二极管芯 片、微光学整形器和固体激光介质之间的自然面分别镀对泵浦光的减反膜，所述的固体激 光介质两端的谐振腔镜构成固体激光器的谐振腔，所述的激光二极管芯片的阳极和阴极分 别从所述的下热沉和上热沉弓I出。所述的固体激光介质为薄板条形的激光晶体、激光陶瓷或光纤阵列。所述的固体激光谐振腔由激光介质的两个端面镀反射膜、或刻蚀光栅、或利用环 形耦合器、或外部的反射镜构成。本专利技术的优点是1、本专利技术是集成化的、微型的、高效率和高光束质量的大功率输出的全固态激光o2、极大地降低了目前激光二极管泵浦的全固态激光器的单位功率重量比，同时电 光转换效率获得了很大的提高，相比于传统全固态激光器，电光转换效率由不到25%，提高到35%以上;3、由于与激光二极管的封装工艺结合到一起，增加了整个系统的稳定性和可靠 性，具备标准化大规模批量生产的可能。附图说明图1是本专利技术集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器的结构示意图。图2是本专利技术激光晶体和二极管芯片中的泵浦光和激光的光束尺寸分布图。图3是本专利技术的第_实施例光路示意图。图4是本专利技术的第二实施例光路示意图。图5是本专利技术的第三实施例光路示意图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1是本专利技术集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器的结构 示意图。由图可见，本专利技术集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器，其构成是在L型在 下热沉103上分别采用铟焊接或导热硅胶胶合的方法将激光二极管芯片104、微光学整形 器105和固体激光介质106的位置依次固定，两端添加填充材料102、108，将与所述的下热 沉103对称的L型上热沉101覆盖，通过螺丝紧固集成为一个整体，所述的激光二极管芯片 104镀全反膜的后端面111和固体激光介质106的镀对泵浦光的全反膜的左侧面115构成 激光二极管的谐振腔，所述的激光二极管芯片104、微光学整形器105和固体激光介质106 之间的自然面分别镀对泵浦光的减反膜110、112和113，所述的固体激光介质106两端的谐 振腔镜114和谐振腔镜116构成固体激光器的谐振腔，所述的激光二极管芯片104的阳极 107和阴极109分别从所述的下热沉103和上热沉101引出。所述的激光二极管芯片104的后端为对泵浦波长高反射的多层介质膜111 (或其 它具有反射功能的结构)，另一端为对泵浦波长减反的多层介质膜110，激光二极管的阴极 109从可导电的上热沉101的表面引出，阳极107由可导电的下热沉103上引出。所述的激光介质106为薄板条形状的激光介质，激活介质106可以是板条状的激 光晶体、激光陶瓷、或者板条状的光纤阵列等。在激光介质的两端114和116由镀膜镜(或 光栅、或环形耦合器)构成固体激光器的谐振腔。在激光介质的一个侧端面113为对泵浦 波长减反的多层介质膜，另一个侧端面115为对泵浦波长高反射的多层介质膜。激光介质 与激光二极管芯片形成腔内泵浦的结构。所述的微光学整形器105可以是微柱面镜、微棱镜或微非球面镜，功能为将激光 二极管出射的泵浦光的光束尺寸与激光介质中激光的光束尺寸匹配起来，增大输出激光的 光束尺寸，减少发散角。在激光介质106和激光二极管芯片104中激光光束和泵浦光束的 光场分布如图2所示，泵浦光201通过微光学整形器105后在激光介质106中与激光束202 完全重合，有效地提高了激光转换效率。所述的固体激光谐振腔由在激光介质106的两个出光面114和116镀反射膜、或 刻蚀光栅、或利用环形耦合器、或外部的反射镜构成。实施例1如图3所示，激光介质106由Nd: YAG晶体板条301构成，晶体板条301的尺寸为 1mm厚，8mm宽，10mm长，Nd离子的掺杂浓度为1%，在晶体板条301的一个端面116镀有对 波长1064nm反射率大于99. 7%的反射膜，在晶体板条301的另一个端面114镀有对波长 1064nm反射率为75%的部分反射膜，在晶体板条301的一个侧端面113镀有对808nm发射 率小于0. 2%的减反膜，在晶体板条301的另一个侧面115镀有对808nm发射率大于99. 7% 的全反膜。激光二极管芯片104为AsGaAl多层量子阱结构的芯片，激光二极管芯片的工作 中心波长为808nm，发光区域宽度为0. 2mm,发光区域间距0. 5mm,共有19个发光区分布在 10mm长的巴条上。泵浦光在激光二极管芯片104和晶体板条301之间往返振荡如箭头302 所示，输出激光的传输方向如箭头303所示。当在阳极107和阴极109之间加上1. 7V，16A 电流时，测试表明，本专利技术激光器的输出功率为10W，电光转换效率为36. 7%。实施例2如图4所示，实施例2中激光介质106由光纤阵列403组成，光纤阵列403由4根 去掉外包层的掺镱双包层石英光纤并排熔接而成，光纤的内包层直径500微米，内包层数 值孔径为0. 46，掺镱双包层光纤的纤芯直径20微米，数值孔径为0. 07，纤芯中的三价镱离 子的掺杂浓度为4000ppm。4根双包层石英光纤由平行熔融拉锥的方法，形成渐变的光纤波 导光锥，当在阳极107和阴极109之间加上1. 7V，16A电流时，测试结果是，本实施例激光器 的输出功率为12W，输出波长llOOnm，电光转换效率为44%。实施例3利用串接的方法将多个模块连接起来获得更高的功率输出。如图5所示，本实施 例中将3个光纤模块501利用光纤熔接的方式串接起来，光纤模块501的结构如图4所示。 光纤熔接点502的光纤芯径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式激光二极管腔内泵浦的全固态激光器，其特征是在Ｌ型下热沉（１０３）上分别采用铟焊接或导热硅胶胶合的方法将激光二极管芯片（１０４）、微光学整形器（１０５）和固体激光介质（１０６）的位置依次固定，两端添加填充材料（１０２、１０８），将与所述的下热沉（１０３）对称的Ｌ型上热沉（１０１）覆盖后，通过螺丝紧固集成为一个整体，在所述的激光二极管芯片（１０４）镀全反膜的后端面（１１１）和固体激光介质（１０６）的镀对泵浦光的全反膜的左侧面（１１５）构成激光二极管的谐振腔，所述的激光二极管芯片（１０４）、微光学整形器（１０５）和固体激光介质（１０６）之间的自然面分别镀对泵浦光的减反膜（１１０）、（１１２）和（１１３），所述的固体激光介质（１０６）两端的谐振腔镜（１１４）和谐振腔镜（１１６）构成固体激光器的谐振腔，所述的激光二极管芯片（１０４）的阳极（１０７）和阴极（１０９）分别从所述的下热沉（１０３）和上热沉（１０１）引出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐剑秋，陈凡，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]