[发明专利]高效LED泵浦的固体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光器的设计方法，尤其是LED泵浦固体激光器。

背景技术

传统固体激光器通常都是以宽光谱光源作为泵浦源。比较常见的脉冲泵浦源有充氙闪光灯，连续泵浦源有氪弧灯、碘钨灯、钾铷灯，因为光源的发射光谱中只有一小部分可以为增益介质所吸收，加上其他损耗，导致能量转换效率并不高，一般在千分之几到百分之几。

有些固体激光器采用激光作为泵浦源，因为激光的单色性和方向性都很好，所以可以针对增益介质的进行设计，从而大大提升能量转换效率。但是激光泵浦源的缺点在于功耗很高，而且通常体积大，启动时间长。

较新的固体激光器以LED（发光二极管）作泵浦源，优点在于LED的发射波段很窄，可以和增益介质的吸收光谱进行匹配，并且成本低廉，体积小，启动时间较激光泵浦缩短很多，缺点在于LED的发射光发散角较大，方向性差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高效LED泵浦的固体激光器。

 本发明的技术解决方案是：一种高效LED泵浦的固体激光器，包括：LED光源、入射镜、反射镜或涂覆有高反膜的贴片式LED、出射镜、高折射率包裹层、激光增益介质，LED光源的输出面与入射镜的入射面相连，入射面的出射面与高折射率包裹层相连，高折射率包裹层的内部中心位置设有激光增益介质，反射镜或涂覆有高反膜的贴片式LED贴在高折射率包裹层的表面，高折射率包裹层的出射面与出射镜的入射面与相连，激光从出射镜的出射面射出。

优选地，LED光源是贴片式LED，LED光源的发射波长与激光增益介质的吸收光谱相对应。

优选地，入射镜是反射率高于99%的入射透镜。

优选地，所述的高折射率包裹层为立方体时，反射镜为平面反射镜，涂覆高反膜为铝膜、金膜、银膜。

优选地，所述的涂覆有高反膜的贴片式LED的LED与LED光源的规格一致，并且在表面涂覆铝膜、金膜、银膜。

优选地，出射镜是反射率高于95%的出射透镜。

优选地，所述的高折射率包裹层为折射率为1.6的高折射率UV胶，高折射率包裹层充当整个固体激光器的谐振腔部分，支撑起整个激光器的结构，LED光源在高折射率介质中的临界角小，从而提高了谐振腔的泵浦效率。

优选地，激光增益介质为Nd:KGW激光晶体，泵浦方式为侧面泵浦加端面泵浦，形状为圆柱体。

本发明的有益效果在于：本发明的使用LED泵浦的固体激光器的设计方法，结构紧凑，体积小，重量轻，便于激光方案的设计和安装。该设计方法成本低廉，便于成品量产。

附图说明

图1是高效LED泵浦的固体激光器的一种结构示意图； 

图2是高效LED泵浦的固体激光器的另一种结构示意图；

图中，1是LED光源，2是入射镜，3是反射镜，4是出射镜，5是高折射率包裹层，6是激光增益介质，7是涂覆有高反膜的贴片式LED。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明通过将激光增益介质包裹在高折射率介质层内，并用高反射系数界面将介质层封装的方式，弥补了LED泵浦光方向性的缺陷，有效提高了LED光源的泵浦效率。

参照图1，一种高效LED泵浦的固体激光器，包括：LED光源1、入射镜2、反射镜3、出射镜4、高折射率包裹层5、激光增益介质6，LED光源1的输出面与入射镜2的入射面相连，入射面2的出射面与高折射率包裹层5相连，高折射率包裹层5的内部中心位置设有激光增益介质6，反射镜3或涂覆有高反膜的贴片式LED7贴在高折射率包裹层5的表面，高折射率包裹层5的出射面与出射镜4的入射面与相连，激光从出射镜4的出射面射出。所有部件均无缝贴合。

参照图2，另一种高效LED泵浦的固体激光器，图1中的反射镜3替换为涂覆有高反膜的贴片式LED7。为了增加激光输出功率，在保证谐振腔正常工作的条件下，将反射镜替换为与泵浦光源规格一致的贴片式LED，并在LED表面涂覆高反膜，如铝膜，金膜，银膜等，采用多LED协同泵浦的方式，提高泵浦光源功率。

在图1和图2中，高折射率包裹层5为立方体，但对于本领域技术人员来说，其他形状如圆柱体、多棱柱体、球体等也能实施本发明。

本发明的工作原理如下：

首先确定激光增益介质的吸收谱，选取在可见光波段有较高吸收峰的材料作为增益介质。然后利用高折射率介质对增益介质进行包裹，最后进行激光器封装。

当LED开始工作后，光源所发散出的泵浦光会在由反射镜封装的高折射率包裹层中反复反射，经过激光增益介质时会被介质吸收，使得增益介质被激活，介质中的粒子会跃迁至高能级，形成粒子数反转，随后又自发跃迁至下能级，产生自发辐射。这些自发辐射的光子会向四面八方传播，只有沿谐振腔轴线方向传播的光才能被反射镜反射。当高能级上的粒子与反射光子具有全同性时，产生受激辐射，当受激辐射粒子数达到饱和时，会形成同波长、同相位的驻波（即激光），并从出射镜的出射端面射出。