[发明专利]一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法

说明书

本发明提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法，包括激光晶体，依次设置在激光晶体外部的排孔反射腔、射流水槽，穿过排孔反射腔、射流水槽伸向激光晶体一侧的波导管，设置波导管后部的泵浦源和依次穿过激光晶体固定在射流水槽两端的密封阑、棒压板。本发明在侧泵模块中通过射流水冷散热，在室温环境下实现大能量2μm激光输出，并提高现有2μm激光器输出能量和光束质量，解决了现有2μm侧泵模块输出能量有限、转换效率低的问题，具有大能量输出、高效率转换以及光束质量好的优点，单个模块产生纳秒脉冲能量可达100mJ以上、转换效率优于10％、光束质量优于1.3，且水冷温度达到室温即可，无需特殊环控就可以在室温下工作，大幅降低了环控要求。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法。

背景技术

大能量激光二极管抽运的中波固体激光器一直是全固态激光器的研究重点和热点，广泛应用于相干激光雷达、光电对抗、激光医疗等领域。制约大能量的2μm全固态激光器发展的主要瓶颈之一就是激光增益介质的散热问题。大能量激光的产生必然伴随着大量的热沉积，如果热量无法有效的散走，会引起激光光束质量变差、转换效率降低，进而导致输出能量下降，甚至出现激光晶体破裂的现象。

目前大能量激光泵浦模块的冷却方法主要有直接水冷和传导冷却两大类。直接水冷主要是用于侧泵激光模块中，例如Nd:YAG激光通过石英管直接浸泡在水中进行散热，所用循环水温度通常在20～25℃。而传导冷却主要是用于端泵激光器、板条激光器等，可以分为三类，一是用紫铜热沉和铟薄将晶体包裹，再结合水循环将热量带走；二是用紫铜热沉和铟薄将晶体包裹，再结合TEC风冷散热将热量带走；三是通过热管技术进行传导冷却，热管内填充液氨等液体，冷却温度一般在零下。这些方法中在一般室温环境下能运转的主要是直接水冷和传导冷却的前两种，其中散热能力最好的直接水冷。

目前常见的采用激光二极管泵浦的2μm激光晶体主要有铥钬共掺钇铝石榴石晶体(Tm:Ho:YAG)、铥钬共掺氟化钇锂晶体(Tm:Ho:YLF)以及铥钬共掺铝酸钇晶体(Tm:Ho:YAP)等，泵浦源是780～792nm附近的激光二极管，量子效率低导致激光晶体热沉积严重。这些激光晶体均是准四能级晶体，严重的热沉积不仅会影响输出激光质量，还会进一步加剧晶体的上转换效应和再吸收效应，限制了激光晶体的输出能量和转化效率。现有常规冷却方法主要用于1μm激光器，用于2μm大能量激光器由于散热能力有限，会导致热沉积急速加剧，严重限制了2μm激光器的输出能量甚至导致晶体破裂。

发明内容

本发明是为了解决2μm激光模块冷却的问题，提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块及使用方法，在侧泵模块中通过射流水冷散热，在室温环境下实现大能量2μm激光输出，并提高现有2μm激光器输出能量和光束质量，解决了现有2μm侧泵模块输出能量有限、转换效率低的问题，具有大能量输出、高效率转换以及光束质量好的优点。

本发明提供一种激光二极管阵列射流冷却2μm激光侧泵模块，包括激光晶体，依次设置在激光晶体外部的排孔反射腔、射流水槽，穿过排孔反射腔、射流水槽伸向激光晶体一侧的波导管，设置波导管后部的泵浦源和依次穿过激光晶体固定在射流水槽两端的密封阑、棒压板；

排孔反射腔包括排孔反射腔本体和设置在排孔反射腔本体上的波导管安装孔、至少2个射流孔，排孔反射腔本体的形状为中空的圆柱体，激光晶体设置在排孔反射腔本体内部，波导管安装孔、射流孔均为通孔；

泵浦源发射泵浦光通过波导管压缩整形后入射到激光晶体，泵浦光单次通过激光晶体后剩余部分由排孔反射腔本体反射；

激光晶体的形状为圆棒状，激光晶体的外壁与排孔反射腔本体的内壁之间设置水流通道，射流水槽与外界水冷系统相连并储备射流用水，射流用水通过射流孔冲击激光晶体以进行散热，密封阑和棒压板设置排水通道，波导管、排孔反射腔和密封阑固定连接后形成反射腔，射流用水通过反射腔后通过排孔反射腔和密封阑组成的两端水道流出。