[发明专利]一种宽温环形激光二极管泵浦激光器及其设计方法

摘要

本发明公开了一种宽温环形激光二极管泵浦激光器，包括冷却热沉、环形巴条阵列、增益介质、调Q晶体，所述冷却热沉为中心设有圆孔的长方体，所述环形巴条阵列固定连接于冷却热沉圆孔的表面，所述环形巴条阵列包括至少2种发射波长的巴条，相邻巴条之间间隔相同，相邻的相同发射波长的巴条之间间隔巴条数之差≤1，调Q晶体键合在增益介质的一端，巴条阵列中巴条在常温时的发射光谱分布，是根据增益介质吸收谱、巴发射波长的温漂系数以及巴发射功率的温漂数据进行设计的，保证在激光器使用环境的温度范围内，增益介质吸收的巴条阵列泵浦功率基本相同，从而保证在宽温度环境内，激光器输出能量的稳定性。

主权项

一种宽温环形激光二极管泵浦激光器的巴条数目设计方法，其特征在于，宽温环形激光二极管泵浦激光器的结构包括冷却热沉、环形巴条阵列、增益介质、调Q晶体，所述增益介质和调Q晶体均为圆柱状，所述冷却热沉为中心设有圆孔的长方体，所述环形巴条阵列固定连接于冷却热沉圆孔的表面，所述环形巴条阵列包括至少2种发射波长的巴条，相邻巴条之间间隔相同，相邻的相同发射波长的巴条之间间隔巴条数之差≤1，调Q晶体键合在增益介质的一端，所述巴条数目设计方法包括如下步骤：(1)通过测量得到作为增益介质的激光晶体的吸收谱曲线函数σ(λ)，其中，自变量λ为巴条的发射波长，选定巴条的发射波长范围为λ1‑a—λm+a，将波长范围离散化为λ1±a、λ2±a···λm±a，共m个数值段；(2)确定需要的工作温度范围为‑20℃至50℃，测量所述温度范围内，单巴条发射功率函数p(T)、巴条发射波长的温漂系数k，其中，自变量T为温度，将温度范围离散化为T1±t、T2±t···Ts±t，共s个数值段，且s＜m；(3)当室温20℃时，巴条发射波长分布函数为n(λ)，其中，n为巴条数目；温度为T1时，巴条的发射波长变为λ+k(T‑20)，激光晶体吸收的泵浦光能量为f(T1)=Σλσ(λ+k(T1-20))p(T1)n(λ);]]>(4)确定激光晶体需要吸收的泵浦光能量为常数W，在步骤(1)所述的每一个波长数值段中选取中值λx，所述波长数值对应的激光晶体吸收值为σ(λx)，在步骤(2)所述的每一个温度数值段中选取中值Tz，所述温度数值Tz对应的单巴条发射功率为p(Tz)，将所述σ(λx)、p(Tz)和系数k代入步骤(3)的函数式中，得到如下方程组f(T1)=Σx=1mσ(λx+k(T1-20))p(T1)n(λx)=Wf(T2)=Σx=1mσ(λx+k(T2-20))p(T2)n(λx)=W...f(Ts)=Σx=1mσ(λx+k(Ts-20))p(Ts)n(λx)=W;]]>(5)求解步骤(4)的方程组，得到通解，由于巴条阵列中巴条数量必须为整数，对得到的通解中n(λx)取整，得到若干组整数解(n11(λ1)、n21(λ2)···nm1(λm))、(n12(λ1)、n22(λ2)···nm2(λm))···(n1y(λ1)、n2y(λ2)···nmy(λm))；(6)将步骤(5)得到的整数解逐个代入步骤(3)的泵浦光能量方程，得到实际泵浦光能量为(W11、W21···Ws1)、(W12、W22···Ws2)···(W1y、W2y···Wsy)，计算实际激光晶体吸收的泵浦光能量与常数W差的平方得到偏离值ΔW，将每一组的ΔW相加，取相加得数最小的一组，对应的巴条数目为n1、n2···nm。