减小温度梯度的激光晶体制造技术

本发明专利技术一种减小温度梯的激光晶体，包括：一激光晶体；一薄膜层，该薄膜层制作在激光晶体的一个或多个表面上。本发明专利技术所述的减小温度梯的激光晶体，具有制作简单、方便且成本低廉，有利于产业化生产的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光晶体，特别是指一种减小温度梯度的激光晶体。
技术介绍
，固体激光器运行过程中，随着泵浦功率的增加，激光晶体吸收泵浦光 产生热量，使得晶体内部产生非均匀的温度分布，造成了温度梯度。由于 热光效应、热膨胀效应等，晶体内部温度梯度导致激光棒内部产生热透镜 效应、机械应力等热效应。激光晶体吸收泵浦功率时产生热量，必须使用冷却液体对激光晶体进 行冷却。现有技术使用冷却液体直接冷却激光晶体，当激光晶体达到稳定 状态时，内部存在很大的温度梯度，由此产生一系列诸如热透镜效应、机 械应力、光束波前畸变等热效应。激光晶体热效应对固体激光器的运行产 生如下不利影响。(1) 由于晶体内部存在折射率梯度，导致晶体产生热透镜效应。这 容易使激光器工作超出热稳区并降低输出激光光束质量。(2) 由于晶体内部存在温度梯度，导致晶体内部存在机械应力。这 容易使激光晶体产生热致碎裂。(3) 由于晶体内部存在折射率梯度，光束通过晶体不同位置时经历 不同的光学长度，导致光束产生波前畸变。为了获得高功率激光输出而增大输入泵浦光功率时，晶体棒产生的热 透镜效应更加严重，这不但容易使激光器工作超出热稳区，降低激光输出 功率，而且会极大降低输出激光光束质量；同时，晶体内部存在的机械应 力随之增大，应力增加到一定大小时，激光晶体容易碎裂；此外，通过激 光晶体的光束还会产生严重的波前畸变。传统的固体激光器使用冷却液体直接冷却激光晶体，激光晶体内部存 在很大的温度梯度，产生严重的热效应，因此难以获得高功率和高光束质 量的激光。申请号200710177626. X公开了 侧面泵浦传导冷却矩形薄片激光 器。该专利技术的激光器是以矩形薄片作为增益介质，增益介质的厚度为 0. 1 5腿，宽度3 50mm，长度5 500腿。采用侧面泵浦方式，利用热传 导方式进行冷却，其谐振腔可以采用稳定腔或稳定-非稳定的混合腔。采 用矩形薄片增益介质，可以通过在增益介质的长度方向上扩展增益介质的 尺寸达到增加增益体积的目的。同时在这一方向上采用非稳谐振腔结构， 可以在不增加激光器体积和保证光束质量的前提下，通过增加增益介质的 长度来实现输出功率的提高。因而可以有效地实现激光器件的功率升级。 但其缺点在于，使用的激光晶体直接与热沉接触，工作时激光晶体内部温度梯度很大，产生严重的热效应，不能获得高功率和高光束质量的激光输 出。请参见图2所示，图2是现有技术下的激光晶体工作情况示意图，图 中21是泵浦源，22是聚焦镜，23是反射体，24是冷却玻璃管，25是Nd: YAG 激光棒(直径3ram，热导率为14W/m《)，26是冷却液体。现有技术下，冷 却液体与激光棒25表面直接接触。高功率泵浦条件下，激光棒25内部存在很大的温度梯度。请参见图3所示，图3是现有激光晶体棒在图2所示工作情况下，泵浦功率达到某一值时径向温度分布示意图，横坐标为负时表示相反方向。 图中T(r二0)48(TC为晶体中心温度，T(r二士0.0015^15。C为晶体表面温 度。晶体棒沿径向从中心到表面变化时，对应的温度从18(TC降至15i:， 具有较大的温度梯度。较大的温度梯度导致激光晶体热效应明显，限制了 高功率、高光束质量激光的获得。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
的问题，本专利技术的目的是要提供一种制作简单、方 便且成本低廉，有利于产业化生产的减小温度梯度的激光晶体。为了实现上述目的，本专利技术提供一种减小温度梯的激光晶体，包括一激光晶体；一薄膜层，该薄膜层制作在激光晶体的一个或多个表面上。其中激光晶体是棒状激光晶体、薄片状激光晶体或板条状激光晶体。其中该激光晶体为棒状激光晶体时，该薄膜层制作在棒状激光晶体的外圆表面上；该激光晶体为薄片状激光晶体时，该薄膜层制作在薄片状激光晶体的一平面上；该激光晶体为板条状激光晶体时，该薄膜层制作在板条状的激光晶体两相对的大面积的表面上。其中该薄膜层的材料是二氧化硅。其中制作在激光晶体表面的薄膜层的厚度为100 800pm。其中制作在激光晶体表面的薄膜层使用溅射或蒸镀的方法制备。其中激光晶体的材料是Nd:YAG、Nd:YV04、Yb:YAG、Nd:YLF或Nd:GdV04。本专利技术与现有技术相比具有以下优点和积极效果(1) 本专利技术由于在激光晶体表面溅射制备一层薄膜，晶体内部温度梯度减小很多，因而内部折射率梯度减小很多，晶体产生的热透镜效应得到极大改善，可以提高激光输出功率和光束质量。(2) 本专利技术由于在激光晶体表面溅射制备一层薄膜，晶体内部温度梯度减小很多，因而晶体内部存在的机械应力减小，激光晶体能在高泵浦功率下稳定工作而不致碎裂，可以提高激光输出功率。(3) 本专利技术由于在激光晶体表面溅射制备一层薄膜，晶体内部温度梯度减小很多，因而内部折射率梯度减小很多，光束通过晶体不同位置时经历光学长度差异减小，可以有效减弱光束产生的波前畸变。附图说明为进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图la，图lb，图lc是本专利技术激光晶体的三个实施例的示意图2是现有技术下激光晶体工作情况示意图3是现有激光晶体棒径向温度分布曲线；图4是本专利技术激光晶体工作情况示意图5是本专利技术激光晶体棒径向温度分布示意图；图6是本专利技术第一实施例灯泵棒状的Nd:YAG固体激光器示意图；图7是本专利技术第二实施例光纤耦合输出的半导体激光器端面泵浦的Yb:YAG薄片激光器示意图8是本专利技术第三实施例激光二级管阵列侧面泵浦的Nd:YV04板条激光器示意图。具体实施例方式请参阅图la、图lb及图lc，本专利技术一种减小温度梯度的激光晶体，包括一激光晶体IO、 10'、 10;所述的激光晶体IO、 10'、 10的形状是棒状激光晶体IO、薄片状激光晶体10'或板条状激光晶体10，所述激光晶体的材料是Nd: YAG或Nd: YV04或Yb: YAG 、 Nd: YLF或Nd: GdV04;一薄膜层ii、 ir、 ir'，该薄膜层ii、 ir、 ii制作在激光晶体io、io'、 io的一个或多个表面上，所述的该薄膜层ii、 ir、 ii的材料是二氧化硅或其他在泵浦源波段范围内的高透材料，所述的制作在激光晶体10、 10，、 10表面的薄膜层11、 ll'、 11的厚度为100 800pm，所述的制作在激光晶体IO、 10'、 10表面的薄膜层la2使用溅射或蒸镀的方法制备，所述的制作在激光晶体io、 io'、 io表面的薄膜层ii、 ir、11在泵浦波段范围内高透，不会降低泵浦源的传输效率。所述的该激光晶体10为棒状激光晶体时，该薄膜层11溅射在棒状外圆表面上；该激光晶体io'为薄片状激光晶体时，该薄膜层ir溅射在薄片的一面上；该激光晶体10为板条状激光晶体时，该薄膜层11溅射在板条状的激光晶体两相对的大面积的表面上。使用本专利技术一种减小温度梯度的激光晶体制成固体激光器时，激光晶体冷却方式可以是风冷、水冷或者传导冷却；泵浦源可以是闪光灯或半导体激光器，半导体激光器泵浦源可以是光纤耦合输出的激光器，也可以是激光器阵列(LDA);泵浦源的波长可以是808nm、 915nm、 976nm或980nm;泵浦方式可以是侧面泵浦、端面泵浦或角泵浦。我们设计的一种减小温度梯度的新型激光晶体，可以有效降低激光晶体的温度梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减小温度梯的激光晶体，包括：　　　　一激光晶体；　　　　一薄膜层，该薄膜层制作在激光晶体的一个或多个表面上。

【技术特征摘要】
1、一种减小温度梯的激光晶体，包括一激光晶体；一薄膜层，该薄膜层制作在激光晶体的一个或多个表面上。2、 如权利要求1所述的减小温度梯度的激光晶体，其中激光晶体是 棒状激光晶体、薄片状激光晶体或板条状激光晶体。3、 如权利要求1或2所述的减小温度梯度的激光晶体，其中该激光 晶体为棒状激光晶体时，该薄膜层制作在棒状激光晶体的外圆表面上；该 激光晶体为薄片状激光晶体时，该薄膜层制作在薄片状激光晶体的一平面 上；该激光晶体为板条状激光晶体时，该薄膜层制作在板条状的激光晶体 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋闽，林学春，熊波，侯玮，郭林，赵鹏飞，韩泽华，李瑞贤，
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：11[中国|北京]