專利名稱：一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體泵浦固體激光器從泵浦方式上主要分為兩種，即端面(縱向)泵浦 和側(cè)面(橫向)泵浦，端面泵浦方式指的是泵浦光從激光晶體的端面進(jìn)行激勵，
泵浦光與激射光方向同光軸或相同；側(cè)面泵浦方式指的是泵浦光激勵激光晶體 的側(cè)面，泵浦光與激射光方向相垂直。前者轉(zhuǎn)換效率較高，很難適應(yīng)于高功率 運轉(zhuǎn)，但在中小功率激光器得到了廣泛的應(yīng)用；后者轉(zhuǎn)換效率低，但易于實現(xiàn) 高功率運轉(zhuǎn)，是高功率固體激光器的首選。半導(dǎo)體側(cè)面泵浦固體激光器的激光 介質(zhì)主要有板條狀晶體和棒狀晶體，前者輸出的激光束為矩形，工業(yè)應(yīng)用時需 要對其進(jìn)行整形，不利于應(yīng)用；后者輸出的光束為圓對稱，適于工業(yè)應(yīng)用，是 目前較為常用的方式。
半導(dǎo)體側(cè)面泵浦固體激光器在高功率運轉(zhuǎn)時，由于棒狀激光晶體處于冷卻 液中，棒狀激光晶體中心的溫度較高而邊緣溫度近似為冷卻液的溫度，從而在 棒狀激光晶體的的橫截面內(nèi)呈現(xiàn)溫度梯度分布，造成熱透鏡效應(yīng)。通常棒狀激 光晶體是均勻摻雜激活離子的，因此激光晶體兩端也吸收光子，而激光晶體的 兩個端面附近冷卻效果較差，常造成嚴(yán)重的端面效應(yīng)。
半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的質(zhì)量和制作方法是決定整個激光器效率和光束質(zhì)量 的關(guān)鍵因素，研究人員曾采用將兩個端面修成帶有曲率的凹面和晶體端面鍵合 非摻雜的基質(zhì)來克服端面效應(yīng)，前者諧振腔的靈敏度較高，實際使用中不利于 裝調(diào)，穩(wěn)定性也較差；后者具有較好的效果。
半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊多采用多向均勻泵浦技術(shù)，如專利(200610062537.6，一種用于半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的泵浦腔)。影響激光器電光轉(zhuǎn)換效率低的因素主 要有兩個方面 一是泵浦光耦合到激光晶體表面的效率低，二是激光晶體的吸 收效率低，這兩種因素可以歸結(jié)為激光晶體的吸收表面小，很大一部分沒有通 過激光晶體，以及泵浦光進(jìn)入激光晶體后的吸收光程較短。研究人員先后采用 如下方法來提高激光晶體對泵浦光的吸收效率。參考文獻(xiàn)[l]中國專利
(200810044231.7，高綜合性能激光晶體及其制備方法)提供了在激光晶體制作 螺紋的方法來提高激光晶體對泵浦光的吸收效率，但仍然存在大部分的泵浦光 未入射到晶體表面而浪費的情況；參考文獻(xiàn)[2]中國專利(200710093817.8，大功 率銩激光器)采用陶瓷反射體均布在激光晶體周圍來使泵浦光多次通過激光晶 體，但單次通過激光晶體未被吸收的泵浦光在陶瓷反射體、導(dǎo)流石英管、冷卻 液和激光晶體間往返多次傳輸，能量損耗較大。另外采用柱透鏡將水平疊陣半 導(dǎo)體激光束耦合到激光晶體表面，這雖然使泵浦光束都通過了激光晶體，但單 次吸收效率仍然很低，并且柱透鏡的置入也損耗了一定的泵浦光。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高半導(dǎo)體側(cè)面泵浦固體激光器的轉(zhuǎn)換效率和輸出激光束的光束質(zhì) 量，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊包括水接頭1、外端 蓋2、內(nèi)端蓋3、激光晶體4、壓蓋5、擋圈6、石英管7、導(dǎo)流管8、固定螺釘 9和半導(dǎo)體激光水平陣列10組成；
所述的水接頭1與內(nèi)端蓋3通過螺紋相連接，水接頭1、擋圈6、石英管7、 導(dǎo)流管8和半導(dǎo)體激光水平陣列10中的水冷通道構(gòu)成冷卻水循環(huán)通道，位于一 種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的兩端，通過水循環(huán)將內(nèi)部廢熱導(dǎo)出；
所述的內(nèi)端蓋3為中空的圓環(huán)狀體，與半導(dǎo)體激光水平陣列10通過固定螺釘9相連接，將半導(dǎo)體激光水平陣列10固定，并與外端蓋2通過螺紋相連接構(gòu) 成一個儲水腔體，以向水循環(huán)通道供或收冷卻水；
所述的激光晶體4為棒狀Nd:YAG晶體是1064nm激光的發(fā)射源，其兩個端 面鍵合YAG基質(zhì)，中間部分為Nd:YAG且側(cè)面制作成螺紋狀，位于石英管7內(nèi) 部，兩端分別與外端蓋2和壓蓋5相連接；壓蓋5與外端蓋2通過螺紋相連接， 通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與激光晶體4間水密封；
所述的擋圈6與內(nèi)端蓋3通過螺紋相連接，通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與石英 管13間水密封；
所述的石英管7兩端分別與擋圈6、內(nèi)端蓋3相連接；石英管7的外側(cè)面對 808nm分段間隔鍍制增透膜和高反射膜；
半導(dǎo)體激光水平陣列10發(fā)光區(qū)照射的部分鍍制808nm增透膜，其它部分鍍 制808nm高反射膜；
所述的導(dǎo)流管8分別與兩端的內(nèi)端蓋3通過螺紋相連接，且通過擠壓橡膠 墊圈實現(xiàn)與內(nèi)端蓋3間水密封，內(nèi)端蓋3通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與半導(dǎo)體激光 水平陣列10中水流通道間水密封，并將冷卻水導(dǎo)入半導(dǎo)體激光水平陣列10的 水通道對其進(jìn)行冷卻；
半導(dǎo)體激光水平陣列10位于一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的中部，均勻分布 在石英管7的周圍，向激光晶體4提供激勵光；半導(dǎo)體激光水平陣列10為3-11 奇數(shù)支，優(yōu)選數(shù)量為5支。
有益效果本發(fā)明采用多向均勻泵浦技術(shù)，導(dǎo)流石英管側(cè)壁對泵浦光分段 制作高反射膜和增透膜來降低泵浦光的損耗，采用側(cè)面制作螺紋和端面鍵合非 摻雜基質(zhì)相結(jié)合的激光晶體來提高對泵浦光的吸收效率，降低激光晶體的端面 效應(yīng)、熱透鏡效應(yīng)，進(jìn)而改善激光器的轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量。導(dǎo)流石英管分別采用側(cè)壁分段鍍膜和不鍍膜進(jìn)行試驗比較，在泵浦功率為1KW時，前者相對于 后者效率提高了16%;在導(dǎo)流石英管不鍍膜狀態(tài)下，泵浦功率為1KW時，側(cè)面 制作螺紋和端面鍵合非摻雜基質(zhì)相結(jié)合的激光晶體相對于普通的激光晶體轉(zhuǎn)換 效率提高了9%，熱焦距縮短了約12%，光束質(zhì)量MS值減小了 17%。


圖1是一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的縱向剖面圖。 圖2是一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的橫截面圖。
圖中l(wèi)-水接頭、2-外端蓋、3-內(nèi)端蓋、4-激光晶體、5-壓蓋、6-擋圈、7-石 英管、8-導(dǎo)流管、9-固定螺釘、10-半導(dǎo)體激光水平陣列。
具體實施例方式
實施例1如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊包括水接 頭l、外端蓋2、內(nèi)端蓋3、激光晶體4、壓蓋5、擋圈6、石英管7、導(dǎo)流管8、 固定螺釘9和半導(dǎo)體激光水平陣列10組成；
所述的水接頭1與內(nèi)端蓋3通過螺紋相連接，水接頭1、擋圈6、石英管7、 導(dǎo)流管8和半導(dǎo)體激光水平陣列10中的水冷通道構(gòu)成冷卻水循環(huán)通道，位于一 種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的兩端，通過水循環(huán)將內(nèi)部廢熱導(dǎo)出；
所述的內(nèi)端蓋3為中空的圓環(huán)狀體，與半導(dǎo)體激光水平陣列10通過固定螺 釘9相連接，實現(xiàn)將半導(dǎo)體激光水平陣列10固定，并與外端蓋2通過螺紋相連 接構(gòu)成一個儲水腔體以向水循環(huán)通道供或匯集冷卻水；
所述的激光晶體4為棒狀Nd:YAG晶體是1064nm激光的發(fā)射源，其兩個端 面鍵合YAG基質(zhì)，中間部分為Nd:YAG且側(cè)面制作成螺紋狀，位于石英管7內(nèi) 部，兩端分別與外端蓋2和壓蓋5相連接；壓蓋5與外端蓋2通過螺紋相 接， 通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與激光晶體4間水密封；激光晶體4幾何尺寸為(？8mmX 160mm，兩個端面分別鍵合7.5mm長YAG基質(zhì)，中間部分為Nd:YAG且側(cè) 面制作成螺紋狀，N(^+摻雜濃度為0.7 %。激光晶體4的端面鍍制對激射光的增 透膜，透射率在99.5%以上；
所述的擋圈6與內(nèi)端蓋3通過螺紋相連接，通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與石英 管13間水密封；
所述的石英管7兩端分別與擋圈6、內(nèi)端蓋3相連接；石英管7的內(nèi)徑為(？ 12mm ，壁厚為1.5mm，長度為145mm，外側(cè)面對808nm分段間隔鍍制增透膜 和高反射膜；
半導(dǎo)體激光陣列10發(fā)光區(qū)照射的部分鍍制808nm增透膜，其它部分鍍制 808nm高反射膜；
所述的導(dǎo)流管8分別與兩端的內(nèi)端蓋3通過螺紋相連接，且通過擠壓橡膠 墊圈實現(xiàn)與內(nèi)端蓋3間水密封，內(nèi)端蓋3通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與半導(dǎo)體激光 水平陣列10中水流通道間水密封，并將冷卻水導(dǎo)入半導(dǎo)體激光水平陣列10的 水通道對其進(jìn)行冷卻；
半導(dǎo)體激光水平陣列10位于一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的中部，均勻分布 在石英管7的周圍，向激光晶體4提供激勵光；半導(dǎo)體激光水平陣列10為奇數(shù) 支，優(yōu)選數(shù)量為5支。
半導(dǎo)體激光水平陣列IO位于一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的中部，數(shù)量為5支， 均勻分布在石英管7的周圍，向激光晶體4提供激勵光，每支半導(dǎo)體激光水平 陣列10上水平封裝7支半導(dǎo)體芭條，總的泵浦光功率最大為1.4KW。水平疊陣 發(fā)光區(qū)在光軸方向上短于激光晶體4的螺紋長度。
石英管7分別采用側(cè)壁分段鍍膜和不鍍膜進(jìn)行試驗比較，在泵浦功率為1KW時，前者相對于后者效率提高了 16%;在導(dǎo)流石英管不鍍膜狀態(tài)下，泵浦
功率為1KW時，側(cè)面制作螺紋和端面鍵合非摻雜基質(zhì)相結(jié)合的激光晶體相對于 普通的激光晶體轉(zhuǎn)換效率提高了 9%，熱焦距縮短了約12%，光束質(zhì)量MS值減 小了 17%。
實施例2如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體激光水平陣列10的數(shù)量為3支，均勻 均勻分布在石英管7的周圍，其它同實施例l。
實施例3如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體激光水平陣列10的數(shù)量為7支，均勻 均勻分布在石英管7的周圍，其它同實施例l。
實施例4如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體激光水平陣列10的數(shù)量為9支，均勻 均勻分布在石英管7的周圍，其它同實施例l。
實施例5如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體激光水平陣列10的數(shù)量為11支，均 勻均勻分布在石英管7的周圍，其它同實施例l。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊，其特征在于，其構(gòu)成包括水接頭(1)、外端蓋(2)、內(nèi)端蓋(3)、激光晶體(4)、壓蓋(5)、擋圈(6)、石英管(7)、導(dǎo)流管(8)、固定螺釘(9)和半導(dǎo)體激光水平陣列(10)組成；所述的水接頭(1)與內(nèi)端蓋(3)通過螺紋相連接，水接頭(1)、擋圈(6)、石英管(7)、導(dǎo)流管(8)和半導(dǎo)體激光水平陣列(10)中的水冷通道構(gòu)成冷卻水循環(huán)通道，位于一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的兩端，通過水循環(huán)將內(nèi)部廢熱導(dǎo)出；所述的內(nèi)端蓋(3)為中空的圓環(huán)狀體，與半導(dǎo)體激光水平陣列(10)通過固定螺釘(9)相連接，將半導(dǎo)體激光水平陣列(10)固定，并與外端蓋(2)通過螺紋相連接構(gòu)成一個儲水腔體，以向水循環(huán)通道供或收冷卻水；所述的激光晶體(4)為棒狀Nd:YAG晶體是1064nm激光的發(fā)射源，其兩個端面鍵合YAG基質(zhì)，中間部分為Nd:YAG且側(cè)面制作成螺紋狀，位于石英管(7)內(nèi)部，兩端分別與外端蓋(2)和壓蓋(5)相連接；壓蓋(5)與外端蓋(2)通過螺紋相連接，通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與激光晶體(4)間水密封；所述的擋圈(6)與內(nèi)端蓋(3)通過螺紋相連接，通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與石英管(13)間水密封；所述的石英管(7)兩端分別與擋圈(6)、內(nèi)端蓋(3)相連接；石英管(7)的外側(cè)面對808nm分段間隔鍍制增透膜和高反射膜；半導(dǎo)體激光水平陣列(10)發(fā)光區(qū)照射的部分鍍制808nm增透膜，其它部分鍍制808nm高反射膜；所述的導(dǎo)流管(8)分別與兩端的內(nèi)端蓋(3)通過螺紋相連接，且通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與內(nèi)端蓋(3)間水密封，內(nèi)端蓋(3)通過擠壓橡膠墊圈實現(xiàn)與半導(dǎo)體激光水平陣列(10)中水流通道間水密封，并將冷卻水導(dǎo)入半導(dǎo)體激光水平陣列(10)的水通道對其進(jìn)行冷卻；半導(dǎo)體激光水平陣列(10)位于一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊的中部，均勻分布在石英管(7)的周圍，向激光晶體(4)提供激勵光；半導(dǎo)體激光水平陣列(10)的數(shù)量為3-11奇數(shù)支。
2、如權(quán)利要求所述的一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊，其特征在于，所 述的半導(dǎo)體激光水平陣列(10)的數(shù)量為5支。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦模塊。采用多向均勻泵浦技術(shù)，導(dǎo)流石英管側(cè)壁對泵浦光分段制作高反射膜和增透膜來降低泵浦光的損耗，采用側(cè)面制作螺紋和端面鍵合非摻雜基質(zhì)相結(jié)合的激光晶體來提高對泵浦光的吸收效率，降低激光晶體的端面效應(yīng)、熱透鏡效應(yīng)，進(jìn)而改善激光器的轉(zhuǎn)換效率和光束質(zhì)量。導(dǎo)流石英管分別采用側(cè)壁分段鍍膜和不鍍膜進(jìn)行試驗比較，在泵浦功率為1KW時，前者相對于后者效率提高了16％；在導(dǎo)流石英管不鍍膜狀態(tài)下，泵浦功率為1KW時，側(cè)面制作螺紋和端面鍵合非摻雜基質(zhì)相結(jié)合的激光晶體相對于普通的激光晶體轉(zhuǎn)換效率提高了9％，熱焦距縮短了約12％，光束質(zhì)量M²值減小了17％。
文檔編號H01S3/02GK101593927SQ20091006719
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者付秀華, 磊 張, 張國玉, 菲 王, 王曉華, 明 田, 閆鈺鋒 申請人:長春理工大學(xué)