激光二极管泵浦的固体激光器 【技术领域】
本发明是一种激光二极管泵浦的固体激光器。
背景技术
传统的固体YAG激光器，通常由掺钕钇铝石榴石晶体棒、泵浦灯、聚光腔、光学谐振腔、电源及制冷系统组成，其转换效率为2％到3％。另一方面整个激光器需要庞大的制冷系统，体积很大。泵浦灯的寿命约为300到1000小时，操作人员需花很多时间频繁的换灯，中断系统工作，使自动化生产线的效率大大降低。因此技术上没有大的发展空间，全固化激光二极管固体激光器(DPSSL)将取代灯泵浦固体激光器，这是固体激光器的发展方向。近年来由于大功率激光二极管(LD)制造工艺的成熟和生产成本的降低，使二极管泵浦固体激光器的研究得到了飞快的发展，且已正式进入商品化。
激光二极管泵浦固体激光器的种类很多，可以是连续的、脉冲的、调Q的，以及加倍频混频等非线性转换的。工作物质的形状有圆柱和板条状的。而泵浦的耦合方式又分为直接端面泵浦、光纤耦合端面泵浦和侧面泵浦三种结构。泵浦所用的激光二极管或激光二极管阵列出射的泵浦光，经由会聚光学系统将泵浦光耦合到Nd:YAG晶体棒上，在晶体棒地泵浦耦合面上为减少耦合损失而镀有对810nm波长的增透膜。同时，该端面也是固体激光器的谐振腔的全反端，因而端面的膜也是1.06μm的激光谐振腔，起振后产生的1.06μm激光束由输出镜耦合输出。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种适于规模化批量生产和应用的激光二极管泵浦的固体激光器。
本发明所采用的技术方案是：所述的固体激光器为DPSSL模块，用作其它激光器的泵浦源，输出1342nm激光。其结构是：在其金属外壳内，设有TEC制冷器、泵浦LD及其热沉、透镜组、Nd:YVO4激光晶体及其热沉、腔镜、热敏电阻，两热沉通过激光焊接方法与TEC制冷器焊连，透镜组和腔镜通过激光焊接方法与Nd:YVO4激光晶体的热沉焊连。
本发明具有转换效率高、体积小、稳定高的优点，且工艺简单、成本低廉，适于规模化批量生产和应用。
【附图说明】
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中热沉8的结构示意图。
图3是图1中透镜组4的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。
一.激光二极管泵浦的固体激光器
激光二极管泵浦的固体激光器是一种新型结构的DPSSL模块，可输出1342nm激光，作为其它激光器的泵浦源。其结构如图1所示：在其金属外壳10内，设有TEC制冷器1、泵浦LD3及其热沉2、透镜组4、Nd:YVO4激光晶体5及其热沉8、腔镜6、热敏电阻9，两热沉通过激光焊接技术与TEC制冷器1焊连。透镜组4和腔镜6通过激光焊接方法与热沉8焊连。
上述TEC制冷器1可对泵浦LD和Nd:YVO4激光晶体5进行制冷，从而能够保证它们正常工作。泵浦LD可采用808nm大功率单管激光二极管，其输出激光时产生的大量热量由热沉2吸收，从而能够保证其正常工作。
上述热沉8的结构如图2所示：由环绕式紫铜制成，分为热沉8-1、8-2两部分，它们围住Nd:YVO4激光晶体5且分别通过螺钉19、20将其固定，同时，在两者接触面上均设有导热硅脂涂层。热沉8的作用是：Nd:YVO4激光晶体5在大功率泵浦激光注入时会产生大量的热量，由于Nd:YVO4热导率较低(仅为Nd:YAG的一半)，因此需要良好的散热装置保证Nd:YVO4激光晶体5工作时光学性能的稳定性，热沉8采用热导率很高的紫铜和环绕式设计就很好地解决了Nd:YVO4激光晶体5的散热问题。
透镜组4的结构如图3所示：由两块主轴互相垂直的柱面镜21、22构成，它们通过激光焊接方式与热沉8牢固连接。它们的主轴分别与泵浦LD3输出激光的主轴平行。其中：柱面镜21的主轴为x方向，用于校正激光x轴向光斑；柱面镜22的主轴为y方向，用于校正激光y轴向光斑；两者的圆柱面曲率根据具体的激光发散角确定。透镜组4的作用是：对于泵浦LD3输出的不对称、大发散角的激光光束进行整形和准直，使之均匀注入Nd:YVO4激光晶体5。
上述泵浦LD3的泵浦源为808～810nm波长。LD Nd:YVO4激光晶体5为激光增益介质，在其泵浦激光注入端面可以镀有808～810nm增透、1330～1350nm高反光学薄膜，其结合输出平面二向色镜构成谐振腔，形成1342nm激射，并耦合进入单模光纤7。腔镜6为平面镜，镀有1342nm部分透射光学薄膜，构成激光谐振腔的后腔镜；腔镜通过激光焊接与热沉8牢固连接。单模光纤7耦合输出1342nm激光。热敏电阻9用于监测本模块的工作温度；它通过紫外固化胶粘接在热沉8的侧表面。金属密封外壳10，可维持激光器洁净、干燥的工作环境。
图1中，序号11至18为本激光器的金属引脚，分别是引脚1至8，或引脚P1至P8。其中：通过内部引线，引脚1、2分别连接到泵浦LD3正、负极，记为LD+、LD-；引脚3、4连接到TEC制冷器1正极，记为TEC+；引脚5、6连接到TEC制冷器1负极，记为TEC-；引脚7连接到热敏电阻9一端，记为Rt1；引脚8连接到热敏电阻9另一端，记为Rt2。
二.激光二极管泵浦的固体激光器的工作过程
下面，从激光谐振腔和制冷控制两个部分对本DPSSL模块的工作过程进行简要说明。
1.激光谐振腔部分：
1)外部LD驱动器连接到引脚11、12，设定合适的电流驱动泵浦LD3发光；
2)外部自动功率控制(APC)模块通过监测分路器(Tap)和PIN光电探测器实时获得与7的输出光功率成线性关系的电压信号。
3)APC模块比较单模光纤7的输出光功率转换电压信号和系统预先设定的标准电压信号，通过外部调整电路实时调整LD驱动器的驱动电流：当检测信号大于设定信号时，减小驱动电流；反之增加驱动电流，使得单模光纤7的输出光功率稳定在设定的功率水平。
2.制冷控制部分：
1)外部TEC驱动器通过引脚3、4、5和6驱动TEC制冷器1工作。
2)同时，外部电桥检测电路通过引脚7、8实时检测热敏电阻9的阻值；当热敏电阻9的阻值等于平衡阻值时，表示模块温度正好处于系统设定温度上。
3)若检测温度高于设定温度，外部TEC控制器通过增加驱动电流提高TEC制冷器1的制冷能力；反之，检测温度低于设定温度，外部TEC控制器通过增加驱动电流提高TEC制冷器的制冷能力；这种闭环控制系统可以保证DPSSL工作在合适的温度下，从而获得稳定的1342nm激光输出。