專利名稱：激光器玻璃聚光腔及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器玻璃聚光腔及其加工方法，尤其是一種包括各種分立元件的固體激光器及半導(dǎo)體激光泵浦的固體激光器的玻璃聚光腔及其加工方法，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光器是一種應(yīng)用比較廣泛的光電技術(shù)產(chǎn)品，在激光器內(nèi)，通過聚光腔的聚光作用，將光源所發(fā)射的光線匯聚到工作物質(zhì)上產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)發(fā)射激光。目前通用的固體激光器的聚光腔種類繁多，形式多樣。根據(jù)其形狀的不同，可分為球殼形、圓柱形、橢圓柱形、圓弧片形及緊包形等等；根據(jù)所使用材料的不同，可分為金屬鍍銀(鍍金)型、陶瓷型、粉末填充型等等。
現(xiàn)有固體激光器聚光腔主要結(jié)構(gòu)特征，是在聚光空腔的內(nèi)表面上鍍反射層或利用陶瓷或其他高反射率物質(zhì)做成聚光腔，將光源及工作物質(zhì)放置在空腔內(nèi)。使用時，聚光腔的反射面或者暴露在空氣中，或者浸泡在冷卻介質(zhì)中。長時間如此使用，一方面聚光腔的反射層很快會被氧化，另一方面該反射層也極易發(fā)生污染，造成反射層的反射效率降低。氧化、污染程度嚴(yán)重時，甚至?xí)?dǎo)致激光器無法繼續(xù)正常使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光器玻璃聚光腔，該聚光腔反射表面不與空氣及冷卻介質(zhì)接觸，不會因發(fā)生氧化而降低聚光腔反射層的反射率，也不會因污染而損壞，使用壽命長。
本發(fā)明的又一目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光器玻璃聚光腔的加工方法。根據(jù)不同輻射強(qiáng)度，使用不同的加工工藝，采用玻璃外壁鍍反射物質(zhì)層，將泵浦光匯聚到工作物質(zhì)上以提高激光的轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的另一目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種激光器玻璃聚光腔及其加工方法，以玻璃管材為原材料，產(chǎn)品成本較低，其反射效率高，體積小、結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。
本發(fā)明的再一目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用激光器玻璃聚光腔制成的激光頭，激光頭內(nèi)的玻璃聚光腔采用特種工藝鍍制反透半反膜，提高激光轉(zhuǎn)換率，有效地將無用的遠(yuǎn)紅外波段光及有害紫外波段光濾出，降低工作物質(zhì)熱效應(yīng)。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種玻璃聚光腔，它包括一玻璃空腔，在玻璃空腔外表面設(shè)有反射層，其反射面朝向玻璃空腔內(nèi)側(cè)。
為了能夠使反射層達(dá)到對某些特定波長的光線進(jìn)行全反射，而某些波長的光線能夠透過并不發(fā)生反射，反射層根據(jù)不同的需要可鍍成完全反射層或半透半反膜。
玻璃空腔由普通玻璃或光學(xué)玻璃制成，其形狀為球殼形或圓柱形或橢圓柱形或圓弧片形。
在完全反射層的外部，還進(jìn)一步鍍設(shè)有保護(hù)銅層以確保完全反射效果。
上述玻璃聚光腔的制造工藝，至少包括如下的加工步驟步驟1對預(yù)先加工成型的玻璃空腔的外表面做清潔處理后，進(jìn)行拋光或打毛處理；步驟2通過化學(xué)銀鏡法或真空鍍膜法在玻璃空腔的外表面鍍設(shè)反射層，該反射層的反射面朝向玻璃空腔的內(nèi)側(cè)。
采用化學(xué)銀鏡法鍍設(shè)的反射層厚度不低于5μ，采用真空鍍膜法鍍設(shè)的反射層厚度不低于2μ。
根據(jù)不同波長光線反射和透過的性質(zhì)不同，鍍設(shè)的反射層可以為完全反射層或半透半反膜。
玻璃聚光腔的制造工藝還可能進(jìn)一步包括
步驟3采用電鍍法在完全反射層外部加鍍厚度不小于100μ的保護(hù)銅層。
另外，還可以通過對玻璃聚光腔內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理的工藝改善其表面質(zhì)量。
激光頭由端蓋、支撐件、玻璃聚光腔、泵浦光源、激光工作物質(zhì)組成，其中，玻璃聚光腔架設(shè)在支撐件內(nèi)，支撐件的前、后兩端與端蓋連接，激光工作物質(zhì)貫通穿設(shè)在玻璃聚光腔的腔體內(nèi)部，其端部固定在端蓋上，泵浦光源貫通穿設(shè)在玻璃聚光腔的腔體內(nèi)部或鑲嵌在支撐件內(nèi)壁上。
玻璃聚光腔與端蓋的連接部位還設(shè)有密封件，端蓋內(nèi)側(cè)開設(shè)有用于嵌設(shè)密封件的密封槽；密封件通常采用橡膠密封墊或環(huán)氧樹脂封結(jié)層。
為了有效固定泵浦光源和/或激光工作物質(zhì)，在端蓋上設(shè)有固定孔。
泵浦光源可以采用燈泵浦源或半導(dǎo)體激光器泵浦源。
支撐件為一保護(hù)套，該保護(hù)套圍設(shè)在玻璃聚光腔外表面并與其間隙設(shè)置或與玻璃聚光腔粘結(jié)在一起，其前后兩端面與端蓋的端面相連接。
支撐件還可以包括泵浦光座和一個以上的支架，泵浦光座圍設(shè)在玻璃聚光腔外表面，其前后兩端面與端蓋的端面相抵頂，支架的兩端固定在端蓋上，泵浦光座架設(shè)在支架所圍設(shè)的空間內(nèi)。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明所提供的激光器玻璃聚光腔，其反射表面不與空氣及冷卻介質(zhì)接觸，不會因發(fā)生氧化而降低聚光腔反射層的反射率，也不會因污染而損壞，使用壽命長。
2、本發(fā)明所提供的激光器玻璃聚光腔的加工方法，該方法可根據(jù)不同輻射強(qiáng)度，使用不同的加工工藝，采用玻璃外壁鍍反射物質(zhì)層，將泵浦光匯聚到工作物質(zhì)上以提高激光的轉(zhuǎn)換效率。
3、本發(fā)明所提供的激光器玻璃聚光腔及其加工方法；采用特種工藝鍍制反透半反膜，有效地將無用的遠(yuǎn)紅外波段光及有害的紫外波段光濾出，提高激光轉(zhuǎn)換率，降低工作物質(zhì)熱效應(yīng)。
4、本發(fā)明所提供的激光器玻璃聚光腔的及其加工方法，以玻璃管材為原材料，產(chǎn)品成本較低，其反射效率高，體積小、結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。


圖1為本發(fā)明圓管狀玻璃聚光腔示意圖；圖2為本發(fā)明橢圓管狀玻璃聚光腔示意圖；圖3為本發(fā)明圓弧片狀玻璃聚光腔示意圖；圖4為本發(fā)明激光頭的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明激光頭的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。
本發(fā)明提供一種玻璃聚光腔，如圖1所示，為圓管狀玻璃聚光腔示意圖。從圖1中可知，該玻璃聚光腔包括一玻璃空腔1，在玻璃空腔1的外表面設(shè)有反射層2，其反射面朝向玻璃空腔內(nèi)側(cè)。玻璃空腔1是由普通玻璃或光學(xué)玻璃制成的，例如K8光學(xué)玻璃或K9光學(xué)玻璃。
為了能夠使反射層2達(dá)到對某些特定波長進(jìn)行全反射，而某些波長能夠透過并不發(fā)生反射，反射層2根據(jù)不同的需要可鍍成完全反射層或半透半反膜。
為了確保反射層2的反射效果及牢固度，通常在鍍設(shè)完全反射層的玻璃空腔1的外表面再采用電鍍法加鍍保護(hù)銅層，其厚度不小于100μ。
根據(jù)所需聚光腔的形狀不同，玻璃空腔的選材和加工方法均有所不同，現(xiàn)有玻璃空腔的形狀通常為球殼形或圓柱形或橢圓柱形或圓弧片形。如圖1所示，為本發(fā)明圓管狀玻璃聚光腔示意圖，所需玻璃空腔1的成型形狀為圓柱形，因此，在加工過程中，可以將玻璃管材直接進(jìn)行切割端面成型；如圖2所示，為本發(fā)明橢圓管狀玻璃聚光腔示意圖，所需玻璃空腔1’的成型形狀為橢圓形，將玻璃管材切段后，在馬福爐中加熱使玻璃管軟化，采用專用模具壓成所需形狀，對已成型為所需形狀的玻璃管材進(jìn)行切割端面成型；如圖3所示，為本發(fā)明圓弧片狀玻璃聚光腔示意圖，所需成型形狀為片狀，采用光學(xué)加工方法加工玻璃管材四邊，形成弧片3，再將多塊弧片3拼接組成玻璃空腔。
如圖1或圖2或圖3所示的玻璃聚光腔的加工過程，至少包括如下步驟步驟1對預(yù)先加工成型的玻璃空腔1的外表面做清潔處理后，進(jìn)行拋光或打毛處理；步驟2通過化學(xué)銀鏡法或真空鍍膜法在玻璃空腔1的外表面鍍設(shè)反射層2，該反射層2的反射面朝向玻璃空腔1的內(nèi)側(cè)。
采用化學(xué)銀鏡法鍍設(shè)的反射層2厚度不低于5μ，且承受泵浦光功率密度在10j/cm2以上；采用真空鍍膜法鍍設(shè)的反射層2厚度不低于2μ，且承受泵浦光功率密度在10j/cm2以下。
根據(jù)不同波長光線反射和透過的要求不同，鍍設(shè)的反射層2可以為完全反射層或半透半反膜。
半透半反膜的作用就是對某些特定波長全反射而某些波長可以透過。例如對與Nd:YAG激光器，讓0.53-0.87μm主吸收帶波長的光全反射，而透過短波長和遠(yuǎn)紅外波長。
玻璃聚光腔的制造工藝還可能進(jìn)一步包括步驟3采用電鍍法在完全反射層外部加鍍厚度不小于100μ的保護(hù)銅層，例如對于承受泵浦光功率密度在10j/cm2以上者。
另外，還可以通過對玻璃聚光腔內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理的工藝改善其表面質(zhì)量。
如圖4所示，為本發(fā)明激光頭的一種結(jié)構(gòu)示意圖。從圖4可知，采用上述玻璃聚光腔制成的激光頭，由端蓋10、泵浦源20、密封件30、激光工作物質(zhì)40、玻璃聚光腔50和保護(hù)套60組成，其中，玻璃聚光腔50架設(shè)在保護(hù)套60內(nèi)，其前、后兩端通過密封件30與端蓋10連接，在端蓋10上，開設(shè)有供密封件30嵌設(shè)在其中的密封槽101，泵浦源20和激光工作物質(zhì)40貫通穿設(shè)在玻璃聚光腔50的腔體內(nèi)部，其端部固定在端蓋10的固定位置102、103上或鑲嵌在保護(hù)套60上。
泵浦光源可以為燈泵浦源20，還可以為半導(dǎo)體激光器泵浦源。
激光頭在工作的過程中會產(chǎn)生一定的熱量，為了不會在溫度過高的情況下，影響激光頭的正常工作，通常需要對激光頭進(jìn)行冷卻。因此，是否需要在激光頭的連接部位設(shè)置密封件30，是根據(jù)激光頭的冷卻方式來確定的；如果采用的是水冷的方式，為了防止泄漏，通常需要設(shè)置密封件30。密封件30一般采用橡膠密封墊或環(huán)氧樹脂封結(jié)層。
如圖5所示，為本發(fā)明激光頭的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。從圖5可知，采用上述玻璃聚光腔制成的激光頭，由端蓋10、泵浦源20、激光工作物質(zhì)40、玻璃聚光腔50、泵浦光座70和支架80組成，其中，玻璃聚光腔50架設(shè)在泵浦光座70內(nèi)，泵浦源20敷設(shè)在泵浦光座70的內(nèi)壁上，一個以上泵浦光座70拼合圍設(shè)在玻璃聚光腔50之外，其前、后兩端與端蓋10相連接，激光工作物質(zhì)40貫通穿設(shè)在玻璃聚光腔50的腔體內(nèi)部，其端部固定在端蓋10的固定位置103上。支架80為一個以上，其兩端固定在端蓋10上，形成一支撐空間；采用多片弧片拼合圍設(shè)而成的玻璃聚光腔50，其外圍支撐有泵浦光座70，整體架設(shè)在該支撐空間內(nèi)。
泵浦源20可以為燈泵浦源，還可以為半導(dǎo)體激光器泵浦源。
最后要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種玻璃聚光腔，其特征在于它包括一玻璃空腔，在玻璃空腔外表面設(shè)有反射層，其反射面朝向玻璃空腔內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃聚光腔，其特征在于所述的反射層為完全反射層或半透半反膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的玻璃聚光腔，其特征在于所述的玻璃空腔由普通玻璃或光學(xué)玻璃制成，其形狀為球殼形或圓柱形或橢圓柱形或圓弧片形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的玻璃聚光腔，其特征在于所述的完全反射層外部還進(jìn)一步設(shè)有保護(hù)層。
5.一種玻璃聚光腔的加工方法，其特征在于至少包括如下的加工步驟步驟1對預(yù)先加工成型的玻璃空腔的外表面做清潔處理后，進(jìn)行拋光或打毛處理；步驟2通過化學(xué)銀鏡法或真空鍍膜法在玻璃空腔的外表面鍍設(shè)反射層，該反射層的反射面朝向玻璃空腔的內(nèi)側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃聚光腔的加工方法，其特征在于采用所述的化學(xué)銀鏡法鍍設(shè)的反射層厚度不低于5μ。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃聚光腔的加工方法，其特征在于采用所述的真空鍍膜法鍍設(shè)的反射層厚度不低于2μ。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃聚光腔的加工方法，其特征在于所述的反射層為完全反射層或半透半反膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃聚光腔的加工方法，其特征在于所述的制造工藝進(jìn)一步包括步驟3采用電鍍法在所述的反射層外部加鍍厚度不小于100μ的保護(hù)銅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的玻璃聚光腔的加工方法，其特征在于所述的制造工藝進(jìn)一步包括對玻璃聚光腔內(nèi)表面進(jìn)行拋光處理的步驟。
11.采用上述任一權(quán)利要求所述的玻璃聚光腔制成的激光頭，其特征在于所述的激光頭由端蓋、支撐件、玻璃聚光腔、泵浦光源、激光工作物質(zhì)組成，其中，玻璃聚光腔架設(shè)在支撐件內(nèi)，支撐件的前、后兩端與端蓋連接，激光工作物質(zhì)貫通穿設(shè)在玻璃聚光腔的腔體內(nèi)部，其端部固定在端蓋上，泵浦光源貫通穿設(shè)在玻璃聚光腔的腔體內(nèi)部或鑲嵌在支撐件內(nèi)壁上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光頭，其特征在于所述的玻璃聚光腔與端蓋的連接部位還設(shè)有密封件，端蓋內(nèi)側(cè)開設(shè)有用于嵌設(shè)密封件的密封槽。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光頭，其特征在于所述的密封件為橡膠密封墊或環(huán)氧樹脂封結(jié)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光頭，其特征在于所述的端蓋上設(shè)有用于固定泵浦光源和/或激光工作物質(zhì)的固定孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或14所述的激光頭，其特征在于所述的泵浦光源為燈泵浦源或半導(dǎo)體激光器泵浦源。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光頭，其特征在于所述的支撐件為一保護(hù)套，該保護(hù)套圍設(shè)在玻璃聚光腔外表面并與其間隙設(shè)置或與玻璃聚光腔粘結(jié)在一起，其前后兩端面與端蓋的端面相連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光頭，其特征在于所述的支撐件包括泵浦光座和一個以上的支架，泵浦光座圍設(shè)在玻璃聚光腔外表面，其前后兩端面與端蓋的端面相抵頂，支架的兩端固定在端蓋上，泵浦光座架設(shè)在支架所圍設(shè)的空間內(nèi)。
全文摘要
一種激光器玻璃聚光腔及其加工方法，在玻璃空腔外表面鍍設(shè)反射層，該反射層為完全反射層或半透半反膜，玻璃空腔由普通玻璃或光學(xué)玻璃制成，反射層外部鍍設(shè)保護(hù)層；其加工步驟包括對預(yù)先加工成型的玻璃空腔的外表面處理后，拋光或打毛；通過化學(xué)銀鏡法或真空鍍膜法在其外表面鍍設(shè)反射層，該反射層的反射面朝向玻璃空腔的內(nèi)側(cè)。本發(fā)明聚光腔反射表面不與空氣及冷卻介質(zhì)接觸，不易發(fā)生氧化，也不會因污染而損壞，使用壽命長；根據(jù)不同輻射強(qiáng)度采用不同加工工藝，激光轉(zhuǎn)換率高；特種工藝鍍制半透半反膜，有效將無用的遠(yuǎn)紅外波段及紫外波段光濾出，降低工作物質(zhì)熱效應(yīng)；成本低，體積小、結(jié)構(gòu)簡單，更換方便。
文檔編號H01S3/091GK1585214SQ03155829
公開日2005年2月23日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者郭少陵, 曹世忠 申請人:北京光電技術(shù)研究所