[发明专利]薄片激光器增益介质的冷却装置及激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种薄片激光器增益介质的冷却装置及激光器。

背景技术

全固态激光器（DPSSL，Diode pumped solid state laser）是指以半导体激光器（LD，Semiconductor laser）作为泵浦源的固体激光器，其增益介质、泵浦源部分均由固体物质构成，集传统固体激光器和半导体激光器的优势于一身，具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定、可靠性好、寿命长、易操作、运转灵活（可连续运转、脉冲运转）、易智能化、无污染等优点，是目前最具潜力的激光器之一。

薄片激光器是全固态激光器中的一种，自Adolf.Giesen等人1994年首次实现薄片激光器以来，其得到了迅速发展。薄片激光器采用厚度很小而横向尺寸较大的薄片状材料作为激光器的增益介质，即薄片增益介质。薄片激光器工作时需要对薄片增益介质进行散热。传统的薄片增益介质的冷却装置，包括高热导率的紫铜热沉以及固定在紫铜热沉上的薄片增益介质。紫铜热沉上设置有冷却介质微通道。由于薄片增益介质的面积很大、厚度很小，因此增益介质上的热量可以快速、有效的通过紫铜热沉传递给冷却介质微通道，再由冷却介质带走。薄片激光器具有可以高效导出增益介质内的热沉积、减弱增益介质的热透镜效应等优点，因此可以实现高功率、高效率、高光束质量的激光输出。由于薄片激光器具有上述优点，因此已广泛应用于国防军事、科学研究、工业生产等各个方面。

但是薄片激光器工作时，加载到薄片增益介质上的热量使得薄片增益介质的温度成高斯分布，即薄片增益介质中间部分的能量密度较高，从中间部分向四周扩散的部分的能量密度逐渐降低。从而导致薄片增益介质中间部分向外膨胀较大，形成类似倒扣的“碗状”变形，此即薄片激光器的热透镜效应。当薄片激光器高功率运行时，薄片增益介质的热透镜效应会影响激光器的输出功率、输出激光的稳定性及激光光束质量。当薄片增益介质膨胀变形超过材料的承受能力，甚至会导致薄片增益介质炸裂。

发明内容

基于此，有必要提供一种使薄片增益介质温度较均匀分布的薄片激光器增益介质的冷却装置。

一种薄片激光器增益介质的冷却装置，包括配合使用的前盖板和后盖板；

所述前盖板一侧的表面为平面结构，另一侧的表面开设有凹槽，所述凹槽的槽底距离所述平面结构的表面的距离自所述槽底的中心部位向四周逐渐递增，所述槽底设有围绕所述中心部位设置的多条前盖冷却通道，所述前盖冷却通道远离所述槽底的一端开口，另一端由所述槽底封闭；

所述后盖板一侧的表面上设有与所述前盖冷却通道一一对应的后盖冷却结构，所述后盖冷却通道远离所述后盖板的一端开口，每条所述后盖冷却通道与对应的所述前盖冷却通道通过各自的开口端连通形成密闭的腔体，所述后盖板另一侧的表面上开设有与每条后盖冷却通道对应的冷却介质的入口和出口。

在其中一个实施例中，所述凹槽的槽底为圆形或正多边形的多级台阶结构，且每一级台阶结构上至少设有一条所述前盖冷却通道。

在其中一个实施例中，每一级台阶结构上设有多个呈同心排列的管，相邻两管的管壁之间的间隔构成所述前盖冷却通道，其中，所述管为圆形管或正多边形管。

在其中一个实施例中，所述管的长度相同。

在其中一个实施例中，相邻两级台阶结构的交替部位的管设置在距离所述平面结构的表面的距离较远的一级台阶结构上。

在其中一个实施例中，所述凹槽的槽底为圆形的三级台阶结构。

在其中一个实施例中，所述三级台阶结构包括距离所述平面结构的表面的距离逐渐递增的第一级台阶结构、第二级台阶结构以及第三级台阶结构；所述第一级台阶结构上设置有两个圆形管，所述第二级台阶结构上设置有四个圆形管，所述第三级台阶结构上设置有两个圆形管。

在其中一个实施例中，所述冷却装置还包括制冷机，所述制冷机的数量与所述多级台阶结构的级数或前盖冷却通道的数量对应。

在其中一个实施例中，所述与每条后盖冷却通道对应的冷却介质的入口和出口相对于所述槽底的中心部位呈对称分布。

一种包含上述薄片激光器增益介质的冷却装置的激光器。