本發(fā)明屬于激光設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體。

背景技術(shù)：

隨著全固態(tài)激光器向小型化高光束質(zhì)量高峰值功率的技術(shù)發(fā)展，核心元器件泵浦腔體的泵浦功率也不斷增加，其有效均勻的散熱也要求增加，同時由于應(yīng)用要求物理尺寸必須小型緊湊，泵浦腔內(nèi)的熱流密度也隨之增加，導(dǎo)致激光晶體熱畸變、熱透鏡加劇等熱效應(yīng)，從而使輸出激光的效率和光學(xué)質(zhì)量大大降低，所以，對包含激光晶體的泵浦腔體進(jìn)行有效的熱控制一直都是本專業(yè)關(guān)注的焦點。

就全固態(tài)DPL脈沖Nd：YAG固體激光器而言，泵浦腔體的熱管理范圍主要包括腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計、泵浦源(二極管陣列巴條)、激光工作物質(zhì)(激光晶體)等的熱管理，激光晶體的熱管理問題主要體現(xiàn)在晶體在泵浦過程中的熱效應(yīng)問題：泵浦源通過泵浦腔體向激光晶體提供輸出激光所需能量的同時，在晶體中產(chǎn)生過多的費熱，為了持續(xù)工作，必須及時從晶體中消除這些費熱，即減小晶體的“熱效應(yīng)”，這些熱效應(yīng)既降低了激光效率，又產(chǎn)生晶體畸變導(dǎo)致輸出激光光學(xué)質(zhì)量降低，極大的限制了應(yīng)用，這些問題在要求高峰值功率高光學(xué)質(zhì)量的小型化Nd：YAG固體激光器中，在技術(shù)上是一個極大的挑戰(zhàn)。

一般的小型化熱傳導(dǎo)冷卻脈沖固體Nd：YAG激光器的側(cè)泵浦腔體技術(shù)有如下兩種：一種是采用瓦片式的半圓周泵浦半圓周冷卻的交錯泵浦冷卻激光晶體的方式，另一種是360度圓周泵浦與360圓周冷卻晶體相互交替進(jìn)行的；對于前一種瓦片式半圓交錯泵浦方式，也是一種前后交錯對稱泵浦結(jié)構(gòu)，但對于激光晶體而言，晶體前后承受的熱應(yīng)力是不均勻的，晶體內(nèi)部受到的熱應(yīng)力在前后方向上綜合作用的結(jié)果是使其橫向應(yīng)力增大，則晶體熱畸變增大，從而導(dǎo)致輸出激光光學(xué)質(zhì)量降低，光斑形狀變差；另一方面，在前腔體的泵浦冷卻的交接區(qū)，與后腔體的泵浦冷卻交接區(qū)，在晶體的泵浦截面方向上是一致的，則沒有達(dá)到相互補償?shù)淖饔?，這也導(dǎo)致了泵浦在該區(qū)域的弱區(qū)，從而出現(xiàn)輸出激光光斑的不均勻，光學(xué)質(zhì)量下降。

對于后一種常規(guī)的360度圓周泵浦360度圓周冷卻交替進(jìn)行的側(cè)泵浦方式，由于泵浦和冷卻晶體不在晶體的同一軸向區(qū)域，導(dǎo)致晶體在軸向上冷－熱－冷－熱的非均勻受熱，產(chǎn)生熱應(yīng)力會導(dǎo)致輸出激光光學(xué)質(zhì)量降低，同時，單位晶體長度的泵浦功率密度較大，也會導(dǎo)致晶體熱應(yīng)力較大，影響輸出激光光學(xué)質(zhì)量，這樣限制了激光效率和光學(xué)質(zhì)量的提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上述情況，本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，有必要提供一種小型緊湊化的熱傳導(dǎo)均勻冷卻、對稱均勻泵浦并前后均勻補償?shù)腄PL脈沖激光器側(cè)泵腔體。

一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體，包括兩個相同結(jié)構(gòu)的泵浦腔體，分別為第一泵浦腔體和第二泵浦腔體；所述泵浦腔體包括金屬熱沉，所述金屬熱沉具有圓形通孔；所述通孔中心設(shè)置有激光晶體，和設(shè)置所述激光晶體周圍的多組散熱槽和泵浦源；所述泵浦源與散熱槽交替均勻分布，所述散熱槽與激光晶體緊密接觸，所述散熱槽與激光晶體的接觸面拋光鍍金處理。

進(jìn)一步的，所述第一泵浦腔體與第二泵浦腔體錯位對接，其中第一泵浦腔體的泵浦源對應(yīng)第二泵浦腔體的散熱槽。

更進(jìn)一步的，所述第一泵浦腔體與第二泵浦腔體的上端設(shè)置有熱電制冷器，所述熱電制冷器與泵浦腔體緊密接觸。

作為一種改進(jìn)，所述第一泵浦腔體與第二泵浦腔體之間設(shè)置有偏振旋光晶體。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，每個泵浦腔體包括N組泵浦源和散熱槽，所述泵浦源與散熱槽以360/2N度交替均勻分布在通孔的圓周內(nèi)。

具體的，所述散熱槽和金屬熱沉經(jīng)精密加工為一體化。

具體的，所述泵浦源通過焊接或螺釘緊固的方式設(shè)置在通孔內(nèi)。

具體的，每個泵浦腔體具體包括3組泵浦源和散熱槽，所述泵浦源與散熱槽以60度交替均勻分布在通孔的圓周內(nèi)。

本發(fā)明一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體，通過將泵浦源和散熱槽交替均勻分布在熱沉的圓周內(nèi)，泵浦源對激光晶體從多個方向進(jìn)行均勻泵浦，同時，緊貼晶體的散熱槽對激光晶體進(jìn)行均勻傳導(dǎo)冷卻，并與泵浦源錯開；在激光晶體的同一截面處，泵浦和冷卻同時均勻的進(jìn)行；同時，泵浦腔體分為前后兩個相同的腔體，在圓周的位置上錯開，前后泵浦相互補償，無泵浦死角，前后冷卻也相互補償，消除晶體應(yīng)力，使得DPL激光器的激光工作介質(zhì)－激光晶體受熱均勻、冷卻均勻，則晶體應(yīng)力小使得晶體熱損耗、退偏損耗小，同時，泵浦均勻，所以輸出激光的光斑均勻、光學(xué)質(zhì)量高、激光效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體整體示意圖；

圖2A為本發(fā)明一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體第一泵浦腔體示意圖；

圖2B為本發(fā)明一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體第二泵浦腔體示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清晰，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體，包括兩個相同結(jié)構(gòu)的泵浦腔體，分別為第一泵浦腔體和第二泵浦腔體；所述泵浦腔體包括金屬熱沉1，所述金屬熱沉1具有圓形通孔；所述通孔中心設(shè)置有激光晶體4，和設(shè)置所述激光晶體4周圍的多組散熱槽2和泵浦源3；所述泵浦源3與散熱槽2交替均勻分布，所述散熱槽2與激光晶體4緊密接觸，所述散熱槽2與激光晶體4的接觸面拋光鍍金處理。所述泵浦源3具體為二極管巴條陣列。本發(fā)明相對于常規(guī)的圓周泵浦采用360度圓周冷卻交替進(jìn)行的側(cè)泵浦方式，在同樣的泵浦功率下，腔體長度大大減小，使得腔體體積相應(yīng)減小，泵浦均勻、無泵浦死角，散熱均勻，消除晶體應(yīng)力。

進(jìn)一步如圖2A－2B所示，所述第一泵浦腔體與第二泵浦腔體錯位對接，其中第一泵浦腔體的泵浦源3對應(yīng)第二泵浦腔體的散熱槽2，反之，第二泵浦腔體的泵浦源3位置對應(yīng)第一泵浦腔的散熱槽2位置。前后泵浦相互補償，無泵浦死角，前后冷卻也相互補償，消除晶體應(yīng)力，從而達(dá)到輸出激光光學(xué)質(zhì)量高、峰值功率大、效率高、可靠性高、易操作的效果。

更進(jìn)一步的，所述第一泵浦腔體與第二泵浦腔體的上端設(shè)置有熱電制冷器6，所述熱電制冷器6與泵浦腔體緊密接觸。

作為一種改進(jìn)，所述第一泵浦腔體與第二泵浦腔體之間設(shè)置有偏振旋光晶體5。

作為進(jìn)一步的改進(jìn)，每個泵浦腔體包括N組泵浦源3和散熱槽2，所述泵浦源3與散熱槽2以360/2N度交替均勻分布在通孔的圓周內(nèi)。

具體的，所述散熱槽2和金屬熱沉1經(jīng)精密加工為一體化。

具體的，所述泵浦源3通過焊接或螺釘緊固的方式設(shè)置在通孔內(nèi)。

具體的，每個泵浦腔體具體包括3組泵浦源3和散熱槽2，所述泵浦源3與散熱槽2以60度交替均勻分布在通孔的圓周內(nèi)。

本發(fā)明在實現(xiàn)體積小型緊湊化的同時還解決散熱和泵浦的問題，由于采用了這種均勻泵浦、均勻冷卻并前后相互補償?shù)谋闷址绞?，使得DPL激光器的激光工作介質(zhì)－激光晶體受熱均勻、冷卻均勻，晶體應(yīng)力小使得晶體熱損耗、退偏損耗小，使得熱傳導(dǎo)冷卻均勻、泵浦對稱均勻并且前后均勻補償，所以輸出的激光光斑均勻，光學(xué)質(zhì)量更高，激光效率更高。

以激光輸出150mJ，重復(fù)頻率20Hz，激光出射光斑直徑6mm為例，泵浦腔長度一般根據(jù)激光晶體的尺寸來確定，而激光晶體的尺寸由所需要的輸出激光參數(shù)確定，根據(jù)上述本發(fā)明實施例的激光參數(shù)，確定激光晶體直徑6mm，激光晶體總長度100mm，分為兩段對應(yīng)前后兩個泵浦腔體，每段晶體長度50mm，則可以確定前泵浦腔的長度為50mm，同樣，后泵浦腔長度也為50mm。

進(jìn)一步根據(jù)上述實施例的激光輸出能量150mJ的要求，按照一般的DPL激光器的泵浦光產(chǎn)生輸出激光的光光效率15％計算，則需要1000mJ的泵浦光能量，若考慮泵浦光的脈沖寬度為200us，則泵浦光的峰值功率為5000W，考慮實際應(yīng)用中，巴條的降低額度使用以及功率余量，則需要7200W的巴條輸出總功率，若選取每條巴條輸出150W，則共需要48條二極管巴條數(shù)。

根據(jù)所需巴條的總數(shù)48條，則前后泵浦腔體各分配24條巴條，每一條巴條長度約12mm，則在泵浦腔軸向上，可以排列4組共48mm，滿足50mm泵浦腔長的要求，每組6條在泵浦腔體圓周內(nèi)三個呈120度方向的均勻分布，則一個方向是2條巴條組成一組陣列，最后，可以計算出單位厘米長度上的泵浦峰值功率為：滿功率6＊150W＝900W，按70％的使用額度為900W＊70％＝630W。

在泵浦腔體截面上泵浦源巴條3的發(fā)光長度和散熱槽2的冷卻弧長確定：巴條3的發(fā)光長度定義為巴條的發(fā)光表面到激光晶體表面的距離，散熱槽2的冷卻弧長為散熱槽與圓柱形激光晶體接觸的弧長，對于直徑6mm的激光晶體，一般設(shè)定散熱槽的冷卻弧長3mm，三個冷卻弧長共6mm，再根據(jù)巴條的發(fā)射全角70度，晶體直徑6mm，可以計算出巴條的發(fā)光長度為2.6mm，設(shè)巴條陣列的發(fā)光面到巴條安裝面的高度3mm，則可以計算出熱沉1的圓周直徑為16.2mm。

通過上述對泵浦腔實施例的設(shè)計與計算，可以得出泵浦腔體的設(shè)計參數(shù)：泵浦腔體兩個，每個腔體長度50mm，腔體熱沉上的圓周直徑16.2mm，圓周上120度勻布三個散熱槽和三個巴條陣列，每個散熱槽的冷卻弧長3mm，每個巴條陣列有兩條巴條，每條巴條的最大發(fā)射功率150W，巴條的發(fā)光長度2.6mm，共48個巴條均勻分布在前后兩個泵浦腔體內(nèi)，總泵浦功率7200W，單位厘米長度上的泵浦峰值功率為：滿功率900W，按70％的使用額度為630W。

通過實踐驗證，本發(fā)明一種DPL脈沖激光器側(cè)泵腔體，通過將泵浦源和散熱槽交替均勻分布在熱沉的圓周內(nèi)，泵浦源對激光晶體從多個方向進(jìn)行均勻泵浦，同時，緊貼晶體的散熱槽對激光晶體進(jìn)行均勻傳導(dǎo)冷卻，并與泵浦源錯開；在激光晶體的同一截面處，泵浦和冷卻同時均勻的進(jìn)行；同時，泵浦腔體分為前后兩個相同的腔體，在圓周的位置上錯開，前后泵浦相互補償，無泵浦死角，前后冷卻也相互補償，消除晶體應(yīng)力，使得DPL激光器的激光工作介質(zhì)－激光晶體受熱均勻、冷卻均勻，晶體應(yīng)力小使得晶體熱損耗、退偏損耗小，同時泵浦均勻，所以輸出激光的光斑均勻、光學(xué)質(zhì)量高、激光效率高。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。