[发明专利]减小温度梯度的激光晶体

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光晶体，特别是指一种减小温度梯度的激光晶体。

背景技术

固体激光器运行过程中，随着泵浦功率的增加，激光晶体吸收泵浦光产生热量，使得晶体内部产生非均匀的温度分布，造成了温度梯度。由于热光效应、热膨胀效应等，晶体内部温度梯度导致激光棒内部产生热透镜效应、机械应力等热效应。

激光晶体吸收泵浦功率时产生热量，必须使用冷却液体对激光晶体进行冷却。现有技术使用冷却液体直接冷却激光晶体，当激光晶体达到稳定状态时，内部存在很大的温度梯度，由此产生一系列诸如热透镜效应、机械应力、光束波前畸变等热效应。激光晶体热效应对固体激光器的运行产生如下不利影响。

(1)由于晶体内部存在折射率梯度，导致晶体产生热透镜效应。这容易使激光器工作超出热稳区并降低输出激光光束质量。

(2)由于晶体内部存在温度梯度，导致晶体内部存在机械应力。这容易使激光晶体产生热致碎裂。

(3)由于晶体内部存在折射率梯度，光束通过晶体不同位置时经历不同的光学长度，导致光束产生波前畸变。

为了获得高功率激光输出而增大输入泵浦光功率时，晶体棒产生的热透镜效应更加严重，这不但容易使激光器工作超出热稳区，降低激光输出功率，而且会极大降低输出激光光束质量；同时，晶体内部存在的机械应力随之增大，应力增加到一定大小时，激光晶体容易碎裂；此外，通过激光晶体的光束还会产生严重的波前畸变。

传统的固体激光器使用冷却液体直接冷却激光晶体，激光晶体内部存在很大的温度梯度，产生严重的热效应，因此难以获得高功率和高光束质量的激光。

申请号“200710177626.X”公开了“侧面泵浦传导冷却矩形薄片激光器”。该发明的激光器是以矩形薄片作为增益介质，增益介质的厚度为0.1～5mm，宽度3～50mm，长度5～500mm。采用侧面泵浦方式，利用热传导方式进行冷却，其谐振腔可以采用稳定腔或稳定-非稳定的混合腔。采用矩形薄片增益介质，可以通过在增益介质的长度方向上扩展增益介质的尺寸达到增加增益体积的目的。同时在这一方向上采用非稳谐振腔结构，可以在不增加激光器体积和保证光束质量的前提下，通过增加增益介质的长度来实现输出功率的提高。因而可以有效地实现激光器件的功率升级。但其缺点在于，使用的激光晶体直接与热沉接触，工作时激光晶体内部温度梯度很大，产生严重的热效应，不能获得高功率和高光束质量的激光输出。

请参见图2所示，图2是现有技术下的激光晶体工作情况示意图，图中21是泵浦源，22是聚焦镜，23是反射体，24是冷却玻璃管，25是Nd:YAG激光棒(直径3mm，热导率为14W/m·K)，26是冷却液体。现有技术下，冷却液体与激光棒25表面直接接触。高功率泵浦条件下，激光棒25内部存在很大的温度梯度。

请参见图3所示，图3是现有激光晶体棒在图2所示工作情况下，泵浦功率达到某一值时径向温度分布示意图，横坐标为负时表示相反方向。图中T(r＝0)＝180℃为晶体中心温度，T(r＝±0.0015)＝15℃为晶体表面温度。晶体棒沿径向从中心到表面变化时，对应的温度从180℃降至15℃，具有较大的温度梯度。较大的温度梯度导致激光晶体热效应明显，限制了高功率、高光束质量激光的获得。

发明内容

为了解决背景技术的问题，本发明的目的是要提供一种制作简单、方便且成本低廉，有利于产业化生产的减小温度梯度的激光晶体。

为了实现上述目的，本发明提供一种减小温度梯的激光晶体，包括：

一激光晶体；

一薄膜层，该薄膜层制作在激光晶体的一个或多个表面上。

其中激光晶体是棒状激光晶体、薄片状激光晶体或板条状激光晶体。

其中该激光晶体为棒状激光晶体时，该薄膜层制作在棒状激光晶体的外圆表面上；该激光晶体为薄片状激光晶体时，该薄膜层制作在薄片状激光晶体的一平面上；该激光晶体为板条状激光晶体时，该薄膜层制作在板条状的激光晶体两相对的大面积的表面上。

其中该薄膜层的材料是二氧化硅。

其中制作在激光晶体表面的薄膜层的厚度为100～800μm。

其中制作在激光晶体表面的薄膜层使用溅射或蒸镀的方法制备。

其中激光晶体的材料是Nd:YAG、Nd:YVO₄、Yb:YAG、Nd:YLF或Nd:GdVO₄。

本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果：