[发明专利]半导体泵浦Nd:YAG激光器多温度点工作温控方法

说明书

本发明涉及一种半导体泵浦Nd:YAG激光器多温度点工作温控方法，属于半导体激光器技术领域。本发明根据LD泵浦源实际光谱性质，修正了Nd:YAG晶体的吸收截面，通过选取多个特定的LD泵浦源工作温度点，降低LD工作点温度和环境温度的温差，在保持激光增益介质对泵浦光吸收效率恒定的情况下，降低了TEC冷、热面的温差，提高了TEC温控系统的温控效率。本发明通过选取多个特定的LD泵浦源工作温度点，实现激光器温控系统模块在工作时的低功耗、快速响应等特性，保证激光器整机在宽温度范围内稳定、低功耗工作的温度控制方案。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体泵浦Nd:YAG激光器多温度点工作温控方法。

背景技术

LD泵浦Nd:YAG激光器具有体积小、效率高、性能稳定、寿命长等一系列优点，在军事领域、医药领域、工业领域等各个领域均具有广泛的用途。LD泵浦激光器通常使用端面或者侧面泵浦的方式，以激光二极管作为泵浦源，依靠电致冷器TEC(thermo-electriccooler)作为核心温度控制系统，实现泵浦源光谱与晶体吸收谱之间的相互耦合。TEC温控系统的工作能耗和温度响应速度直接影响了激光器整机的工作性能。随着激光器应用不断加深，在宽温度环境下稳定、低功耗工作的LD泵浦激光器成为下一代激光器研究的一个重要方向。

在激光器中，LD泵浦源的工作温度对于激光器的输出功率、工作稳定性和工作能耗有着极大的影响。LD泵浦源温度的失调会使得激光器产生高阶横模，导致输出功率的下降，影响目标的指示，对作战有较大影响。同时，LD泵浦源温度的升高会导致泵浦源的输出光谱向长波方向偏移。这种偏移会导致激光增益介质吸收谱和LD发射谱的重叠程度产生巨大变化，难以保证激光器的稳定工作。传统LD泵浦Nd:YAG激光器在宽温度范围工作时，通常利用TEC温控系统使LD泵浦源仅在单一温度点工作，来避免光谱重叠失效。随着激光器工作环境温度范围加宽，LD的工作点温度和环境极限温度的温差变大，TEC冷面、热面工作极限温差变大，TEC温控系统的温控效率降低。这将导致激光器整机工作能耗升高，工作稳定性下降，温度控制响应速度变慢，整机体积质量增加。相对于单温度点工作温控方案，还有一种双温度点工作温控方案，该方案的两个工作温度点分别和Nd:YAG晶体的两个吸收峰796nm和808nm对应。但是Nd:YAG晶体在796nm处的泵浦光吸收截面仅仅是808nm处泵浦光吸收截面的60％，激光器在两个温度点工作时，晶体对泵浦光的吸收分布不完全一致，这将导致Nd:YAG晶体的增益分布和热焦距完全不同，最终激光输出也有一定差异，难以实现激光器整机稳定输出。为使LD泵浦Nd:YAG激光器在宽温度环境工作过程中保持稳定、低功耗，合理的LD泵浦源温度控制方案设计是非常必要的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种半导体泵浦Nd:YAG激光器多温度点工作温控方法，以解决Nd:YAG晶体的增益分布和热焦距完全不同，最终激光输出也有一定差异，难以实现激光器整机稳定输出的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体泵浦Nd:YAG激光器多温度点工作温控方法，该方法包括：

S1、根据LD泵浦源实际光谱性质，根据(1)式对实际等效吸收截面进行修正；

其中，σ(λ)为Nd:YAG吸收截面情况，n₀为Nd:YAG晶体掺杂浓度；L为晶体泵浦光有效吸收长度；f(λ)为泵浦光光谱分布，积分上下限λ_min、λ_max为Nd:YAG晶体吸收截面左右两边的极限波长值；

S2、根据修正后Nd:YAG晶体的等效吸收截面，选取LD泵浦源的工作波长点，根据(2)式将工作波长点转换到对应的工作温度点；