基于分立圓對(duì)稱分布ld陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，特別是泵浦光經(jīng)過兩次勻化在激光晶體內(nèi)形成均勻分布的方法。其中，第一次勻化通過光錐對(duì)LD泵浦光進(jìn)行多次漫反射實(shí)現(xiàn)，第二次勻化通過激光晶體對(duì)入射到其內(nèi)部泵浦光的多次全反射實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提高晶體內(nèi)泵浦光分布均勻性。與傳統(tǒng)的泵浦方法相比，該方法在激光晶體內(nèi)形成的泵浦光分布更加均勻，泵浦效率更高。
【專利說明】基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，屬于固體激光器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]傳導(dǎo)冷卻固體激光器的泵浦結(jié)構(gòu)通常由LD陣列泵浦源、激光晶體以及熱沉組成。傳統(tǒng)上作為泵浦源的半導(dǎo)體激光器陣列(Laser D1de Array7LDA)圓對(duì)稱的排列在激光晶體周圍，LD陣列各自發(fā)光照射到晶體內(nèi)部，使晶體發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，發(fā)出熒光。但由于LD陣列發(fā)光區(qū)由多個(gè)bar條組成,bar條之間有一定間距；半導(dǎo)體激光能量分布為高斯(或超高斯)分布等原因，使得照射到激光晶體內(nèi)部的激光分布不均，影響模式匹配，最終導(dǎo)致出射激光光束質(zhì)量不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，使泵浦光在激光晶體內(nèi)分布均勻。
[0004]本發(fā)明技術(shù)解決方案:基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0005](I)采用光錐在所有LD陣列泵浦光進(jìn)入激光晶體前對(duì)LD陣列泵浦光線進(jìn)行多次漫反射，實(shí)現(xiàn)第一次勻化；
[0006](2)在激光晶體外設(shè)置一個(gè)光學(xué)材料管，在光學(xué)材料管內(nèi)充入折射率低于所述激光晶體材料的匹配液，泵浦光照射到激光晶體內(nèi)部后發(fā)生多次全反射，實(shí)現(xiàn)第二次勻化。
[0007]所述光錐的角度與LD發(fā)散角有關(guān)，要求從光錐的出光口發(fā)出的光具有較高，即優(yōu)于0.8的均勻度；所述光錐的角度范圍為14-16度。
[0008]所述光錐采用金屬、陶瓷、塑料或樹脂。
[0009]所述光學(xué)材料管的內(nèi)徑比激光晶體外徑略大，尺寸在1.5mm范圍內(nèi)。
[0010]所述光學(xué)材料管的材料對(duì)泵浦光透過率高，選用玻璃或透明陶瓷材料。
[0011]所述匹配液的選擇要求在激光器工作的環(huán)境條件，包括溫度、氣壓、加速度下，保持物理狀態(tài)穩(wěn)定，通常匹配液選擇為水、酒精、防凍液。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)LD泵浦光在照射進(jìn)激光晶體前經(jīng)過勻化處理，提高了 LD泵浦光沿激光晶體橫截面切線方向的均勻性。
[0014](2) LD泵浦光照射進(jìn)激光晶體后會(huì)在激光晶體與低折射率匹配液交界面處發(fā)生多次全反射，使LD泵浦光在激光晶體內(nèi)發(fā)生多次全反射，實(shí)現(xiàn)激光晶體橫截面各個(gè)方向的勻化，進(jìn)一步提高了泵浦均勻性。
[0015](3) LD泵浦光在激光晶體內(nèi)的多次全反射使更多的泵浦光能量約束在晶體內(nèi)，從而提高了泵浦效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的第一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的第二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中:1為激光晶體,2為匹配液,3為光學(xué)材料管,4為熱沉,5為L(zhǎng)D陣列,6為L(zhǎng)D陣列發(fā)光端面，7為熱沉反射面

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明實(shí)施例。
[0020]如圖1所示，根據(jù)總泵浦功率確定LD陣列數(shù)量及排列方式(以3列為例)，將LD陣列I固定在熱沉2上(熱沉2為示意圖)，圓對(duì)稱的排列在激光晶體3周圍。
[0021]如圖2所示，在激光晶體I外套上一層光學(xué)材料管3，使激光晶體I與光學(xué)材料管3嚴(yán)格同心，在激光晶體I與光學(xué)材料管3之間充入物理性能穩(wěn)定的低折射率匹配液2。光學(xué)材料管3的內(nèi)徑比激光晶體外徑略大，尺寸在1.5mm范圍內(nèi)，以保證匹配液2對(duì)泵浦光盡量小的損耗。匹配液2材料應(yīng)滿足與激光晶體I折射率保持盡量大的差異(保證一定的全反射角)。同時(shí)匹配液材料應(yīng)滿足在激光器工作的環(huán)境條件(溫度、氣壓、加速度等)下，保持物理狀態(tài)穩(wěn)定，一般可選擇水、酒精、防凍液。
[0022]將光錐安裝在熱沉4上，或?qū)岢?做成光錐形狀，光錐材料可采用金屬、陶瓷、塑料或樹脂(本發(fā)明實(shí)施例為將金屬熱沉4做成光錐形狀)。泵浦光從LD陣列發(fā)光端面6出射后經(jīng)過光錐多次漫反射從出光口出射。設(shè)計(jì)光錐的角度、長(zhǎng)度、出光口尺寸及出光口與激光晶體間距，光錐出光口尺寸及其與激光晶體間距要求使光束經(jīng)過光學(xué)材料折射后能夠且完全覆蓋激光晶體橫截面區(qū)域。通過光線追跡對(duì)出射泵浦光分布進(jìn)行模擬仿真，調(diào)整參數(shù)使出射泵浦光能量(功率)分布均勻度大于0.8 (本發(fā)明實(shí)施例光錐角度為15°，長(zhǎng)度為12_，出光口尺寸為5mm)。
[0023]泵浦光經(jīng)過光學(xué)材料管3、匹配液2折射后進(jìn)入激光晶體I。進(jìn)入激光晶體I的泵浦光分為三部分，第一部分直接被激光晶體I吸收；第二部分在激光晶體I與匹配液2界面處發(fā)生多次全反射，最終被完全吸收；第三部分透過激光晶體I照射到熱沉反射面7上，被反射回激光晶體I再次吸收及全反射。泵浦光經(jīng)過多次吸收和全反射后，實(shí)現(xiàn)第二次勻化。最終實(shí)現(xiàn)激光晶體I內(nèi)泵浦光分布的高度均勻化。設(shè)計(jì)光學(xué)材料管3、匹配液2以及反射面7的參數(shù)，以及出光口與激光晶體間距，通過光線追跡對(duì)晶體內(nèi)泵浦光分布進(jìn)行模擬仿真，調(diào)整參數(shù)使激光晶體I內(nèi)泵浦光能量(功率)分布均勻度達(dá)到最優(yōu)。
【權(quán)利要求】
1.基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，包括其特征如下: (1)采用光錐在所有LD陣列泵浦光進(jìn)入激光晶體前對(duì)LD陣列泵浦光線進(jìn)行多次漫反射，實(shí)現(xiàn)第一次勻化； (2)在激光晶體外設(shè)置一個(gè)光學(xué)材料管，使光學(xué)材料管與激光晶體同心，在光學(xué)材料管與激光晶體之間充入折射率低于所述激光晶體材料的匹配液，泵浦光照射到激光晶體內(nèi)部后發(fā)生多次全反射，實(shí)現(xiàn)第二次勻化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述光錐的角度與LD發(fā)散角有關(guān)，要求從光錐的出光口發(fā)出的光具有較高，即優(yōu)于0.8的均勻度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述光錐的角度范圍為12-16度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述光錐采用拋光金屬、陶瓷、塑料或樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:光錐可采用兩個(gè)熱沉面組成，也可采用獨(dú)立光錐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述光學(xué)材料管的內(nèi)徑比激光晶體略大以保證匹配液較小的損耗，即在1.5mm范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述光學(xué)材料管的材料對(duì)泵浦光透過率高，可選用玻璃或透明陶瓷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述匹配液的選擇要求在激光器工作的環(huán)境條件(包括溫度、氣壓、加速度等)下，保持物理狀態(tài)穩(wěn)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述基于分立圓對(duì)稱分布LD陣列的泵浦光高均勻度實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述匹配液可為水、酒精或防凍液。
【文檔編號(hào)】H01S3/0941GK104078828SQ201410265832
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】顏凡江, 羅萍萍, 鄭永超 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所