[实用新型]一种泵浦大尺寸板条形增益介质的高反射率陶瓷聚光腔无效

专利信息
申请号: 200820108878.7 申请日: 2008-06-27
公开(公告)号: CN201238151Y 公开(公告)日: 2009-05-13
发明(设计)人: 李强;姜梦华;惠勇凌;雷訇 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: H01S3/082 分类号: H01S3/082;H01S3/08
代理公司: 北京思海天达知识产权代理有限公司 代理人: 张 慧
地址: 100124*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 泵浦大 尺寸 板条 增益 介质 反射率 陶瓷 聚光
【说明书】:

技术领域

一种用于泵浦板条形激光增益介质的高反射率陶瓷聚光腔,属于大功率固体激光器技术领域。

背景技术

固体激光器由于具有高能量存储,波长短、金属吸收率高、易于光纤传输等优点在工业材料加工、表面处理及军事等领域获得越来越广泛的应用。传统的棒状增益介质工作时,棒径向温度梯度引起的热聚焦、应力双折射及应力引起的双轴聚焦对激光器的光束质量和输出功率有很大的影响。板条形增益介质的激光器可以很好的消除一阶热聚集、退偏效应及应力双折射现象,可以得到比棒状激光器更好的光束质量和更高的输出功率。并且可以使用一些由于热透镜效应较大而不适合制作成棒状的激光晶体和激光玻璃。

固体激光器中,聚光腔又称泵浦腔,作用是将泵浦光源辐射的光能有效的传输到工作物质上去,以激励激光工作物质产生激光。聚光腔的传输性能在很大程度上决定了激光系统的总效率,聚光腔除了给光源和吸收激活材料之间提供良好耦合之外,还决定激光工作物质上泵浦能量的分布,从而影响激光器输出光束的均匀性,发散度和光学热畸变。所以,聚光腔设计的好坏直接影响激光器的转换效率、输出功率和激光光束质量。

聚光腔结构种类繁多,针对不同几何形状的激光增益介质通常采用不同的设计。常用的泵浦板条形增益介质的聚光腔有:三角形聚光腔(如图1),平顶聚光腔(如图2)、圆柱形聚光腔(如图3)、双渐开线形聚光腔等(如图4)。三角形聚光腔成一定角度的反射面可以把泵浦光反射到板条接收面上,优点是结构简单,加工方便,对机械加工的精度及闪光灯的位置精度要求不高。三角形聚光腔的缺点是顶角及闪光灯自吸收引起光能损失,限制聚光效率提高。平顶聚光腔可以看作三角形聚光腔的一种特例,其结构简单,但由于反射回的泵浦光部分返回闪光灯并被吸收,因而传输效率不高,光能分布也不均匀,并且由于灯的自吸收严重,影响灯的寿命。圆柱形聚光腔具有比较高的光传输效率,但是泵浦光的分布均匀性较差,影响激光输出的功率和光束质量。双渐开线形聚光腔利用了渐开线上任一点的法线与渐开线的基圆相切,因而其能将闪光灯发出的所有方向上的光避开灯的等离子体反射,提高了光能传输效率,并且光分布具有较好的均匀性。双渐开线形聚光腔的缺点是加工比较困难,制造成本高。

聚光腔从反射形式上有镜面反射和漫反射腔。聚光腔为漫反射腔时,在聚光腔内可形成均匀光场,投射到增益介质上的光能也是均匀的。一般漫反射面可用氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)等粉末材料制成。漫反射腔的效率通常比镜面反射腔效率低,影响激光器的转换效率及输出功率。镜面反射腔利用光学成像原理将泵浦光会聚到增益介质上,聚光腔直接用抛光的银皮或铝皮制成,或者利用金属聚光腔内表面抛光或镀高反射金属层。镜面反射腔要获得良好的光学均匀性,则要求有严格的腔体反射面的几何形状,实际上加工时很难做到,这使其泵浦的均匀性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有聚光腔的上述缺陷,提供了一种泵浦大尺寸板条形增益介质的高反射率陶瓷聚光腔。通过本聚光腔可以获得高功率高光束质量激光输出,同时还具有结构简单、反射效率高、具有较好的泵浦均匀性、耐腐蚀不老化、加工安装简单等优点。

为了实现上述目的,本实用新型采取了如下技术方案。本聚光腔由上、下两个相同的聚光腔体围成,上下两个聚光腔体通过支撑体固定连接。本实用新型中的上下两个聚光腔体为由氧化铝陶瓷制成,聚光腔体的截面形状包括有四段曲线,四段曲线的表达式分别为:

曲线a:-7.35a<x<-3.2a: y=12.419a+3.87425ax+1.18536ax2+0.120835ax3

曲线b:-3.2a<x<0:      y=4.5a-3.54985ax-1.13467ax2-0.120835ax3

曲线c:0<x<3.2a:       y=4.5a+3.54985ax-1.13467ax2+0.120835ax3

曲线d:2a<x<7.35a:     y=12.419a-3.87425ax+1.18536ax2-0.120835ax3

其中:坐标原点为工作物质抽运面的中心,x轴为沿工作物质抽运面的宽度方向,y轴为沿垂直于工作物质抽运面的方向,a为大于0的系数。

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