[发明专利]一种降低能量集中度缓解热效应的侧面泵浦激光头装置

说明书

本发明涉及固态激光技术领域，提供一种降低能量集中度缓解热效应的侧面泵浦激光头装置，包括激光二极管阵列、激光二极管热沉、聚光腔、增益介质冷却模块和增益介质。对增益介质冷却模块设计热密集区自增压导流槽，定向地将冷却液导流至增益介质的热密集区；同时对增益介质设计热效应自补偿抛面以及能量集中度分散器，可增大换热面并减小增益介质的能量集中度。基于上述两个创新设计点的侧面泵浦激光头装置，可简易且有效的改善热分布不均匀的问题，提高换热率，优化光束质量，并降低热应力致损的风险。

技术领域

本发明涉及固体激光领域，更具体地，涉及一种降低能量集中度缓解热效应的侧面泵浦激光头装置。

背景技术

基于LD泵浦的全固态激光具有电光效率高、波长短、能流密度高、结构紧凑、寿命长、运转灵活、无污染等特点，可普遍应用于工业生产、国防建设、科学研究等众多领域，是未来几十年内将发展成为攻击术产业、国防建设重大的关键高新技术，将极大带动相关产业的发展。

对于棒状增益介质，LD泵浦耦合方式主要有端面泵浦和侧面泵浦两种结构。端面泵浦的泵浦光束能与激光振荡模式相匹配，空间交叠程度高，有利于获得单模激光输出；但由于增益介质端面面积有限，难以从端面输入大功率泵浦光。侧面泵浦的泵浦光直接作用于增益介质侧面，受泵浦面积较大可以满足高功率泵浦，实现高功率激光输出。因此，侧面泵浦激光头技术是全固态激光器的核心技术之一，也是研制高功率、高光束质量激光的基础。

侧面泵浦作用过程中，未被增益介质吸收的泵浦光转化为废热，进而会影响激光的输出性能。由于LD阵列侧面多为对称泵浦，增益介质在光泵浦对应的局部区域内热积累严重，在晶体剖面上呈现“N叶草”式分布。传统的侧面泵浦模块利用单层透明石英玻璃管对冷却液进行引流，通过冷却液与棒状增益介质侧面对流接触进行热传导，从而带走多余的热量。在低功率运行下，这种冷却结构可以提供有效的热缓解。但当泵浦功率增加时，传统冷却液均匀冷却方式不能显著改善增益介质热分布不均的情况。这种不均匀的热分布会导致光束质量恶化，降低转换效率，增加由热应力造成晶体损伤的风险，影响系统的安全性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种降低能量集中度缓解热效应的侧面泵浦激光头装置。针对性的提高侧面泵浦激光器的散热效率，优化光束质量，降低增益介质内部的能量集中度，减小热应力致损的风险。

(二)发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种降低能量集中度缓解热效应的侧面泵浦激光头装置，包括：激光二极管阵列、激光二极管热沉、聚光腔、增益介质冷却模块、增益介质。其特征在于，增益介质冷却模块开设热密集区自增压导流槽，增益介质表面开设热效应自补偿抛面以及能量集中度分散器。激光二极管阵列、增益介质冷却模块的热密集区自增压导流槽对准增益介质表面开设的热效应自补偿抛面安装；聚光腔环绕增益介质冷却模块进行排布，其通光孔对准激光二极管阵列。

进一步地，增益介质表面的热效应自补偿抛面的截面形状为扇形或矩形曲面，增益介质直径D与扇形或矩形曲面的最低点到增益介质端面圆心的距离D1比值为2～2.67。

进一步地，增益介质表面的热效应自补偿抛面的纵向为直线或曲线；

进一步地，热效应自补偿抛面上具有能量集中度分散器，可以呈“锯齿”状、“半球”状，或呈“椭球”状分布，用于反射或透射由激光二极管入射到增益介质的泵浦光到其他方向，分散增益介质内部泵浦光能量的集中度，增益介质直径D与所述能量集中度分散器横截面最大尺寸D2与比值为10～100。

进一步地，针对N维阵列的侧面泵浦激光头，增益介质表面的热效应自补偿抛面的数量为n×N个。

进一步地，热效应自补偿抛面的截面面积正比于增益介质表面的热积累强度。