层状组合激光晶体 技术领域
本发明涉及一种激光晶体，特别是涉及一种用于大功率输出的激光装置中的层状组合激光晶体。
背景技术
通常激光晶体散热都是用水冷、风冷或半导体制冷等外部制冷，在准三能级系统里，由于晶体温度直接影响到下能级粒子数，因此传统的准三能级系统里使用的激光晶体的厚度都很薄，一般在2mm左右，远远低于其它能级系统的晶体(约10mm)，因而传统准三能级系统的输出功率都不高，只有瓦级。近年来散热方法有一定改进，产生了三明治结构的激光晶体，例如P.Zeller等人2000年1月在Optics Letters上发表了“Eficient，multiwatt，continuous-wave laser operation on the 4F3/2-4F9/2 transitions ofNd:YVO4 and Nd:YAG”中采用三明治结构的激光晶体，它的中心是一块Nd:YAG，两边都是白YAG，三块晶体光胶在一起以加强散热功效，整个晶体放在制冷器里制冷。该结构由于总共只有三层，因而Nd：YAG的厚度仅比传统的激光晶体略厚，达到了3mm，可输出的蓝光(473nm)为1.5W，远远不能实现大功率激光输出。
发明内容
本发明的目的在于克服在已有准三能级系统里，激光下能级存在波耳兹曼粒子数分布，激光下能级粒子数随温度升高而急剧增加，使得实现粒子数翻转困难，而传统的实验中为了制冷，只能将激光晶体切得很薄，这样就又限制了输出的激光功率的缺点；本发明的目的之二还可以通过使用不同的激光晶体组合成一体，而同时输出多种波长地激光；从而本发明提供一种采用多层散热物质和激光晶体交错排列，大大增加了散热功效，又增加了激光晶体长度的用于大功率输出的激光装置中的层状组合激光晶体。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种层状组合激光晶体，包括：散热物质、激光晶体；其特征是：激光晶体是一毫米或一毫米以下的薄片，N块激光晶体薄片与M片或M+1片散热物质交错排列成多层并用光胶黏结成一体。
所述的N块激光晶体薄片与M片或M+1片散热物质中，N和均M为2以上的正整数。当所述的散热物质与激光晶体薄片交错排列成一块层状组合激光晶体时，可以采用相同的散热物质或激光晶体薄片；也可以用不同的散热物质或者激光晶体薄片交错排列。
所述的散热物质是对泵光不吸收的晶体，如：不掺杂的YAG，即白的YAG；或导热性好的其它材料，如：熔石英。
所述的激光晶体包括：掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)、掺钇钇铝石榴石(Yb:YAG)、掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)、掺钕氟化钇锂(Nd:YLF)或其它激光晶体。
由于激光晶体是厚度小于一毫米的薄片，因此产生的热量很少；而产生的热量又很容易被它前后的散热物质吸收，这样整块激光晶体就能始终保持比较低的温度使得粒子数翻转容易实现。
本发明提供的一种层状组合激光晶体用于大功率的激光器中，克服了原有准三能级技术中激光晶体难于散热的缺点，并且结构简单，其功率可达几瓦至几十瓦，实现了高效、大功率的激光输出，广泛适用于连续波、准连续波，为高功率激光器的实用化开辟了广阔的前景，可广泛应用于军事、科研、娱乐、医疗等领域。
本发明的优越性：本发明的层状组合激光晶体由散热物质和激光晶体组成，其中激光晶体和散热物质交错排列并用光胶胶合成一块晶体。当该层状组合激光晶体被泵浦时，激光晶体内粒子数翻转，同时产生大量的热，由于散热物质对泵光不吸收，因此不产生热量，又由于散热物质与激光晶体的接触面比较大，因而激光晶体里的热量能迅速传到散热物质里，这样就保证了激光晶体始终保持较低的温度，使得粒子数翻转能够进行。本发明还可以任意选择两种不同的激光晶体(图3)，从而实现了在一台激光器中同时产生两种准三能级基频光输出。本发明采用多层散热物质和激光晶体交错排列，大大加强了散热功效，而且可以在很大程度上增加激光晶体的厚度，其散热效率比传统块状晶体提高10倍以上，为准三能级系统的大功率输出提供了一种广阔的前景。
附图说明
图1是本发明层状组合激光晶体组成图
图2是本发明层状组合激光晶体的一种实施例结构图
图3是本发明层状组合激光晶体的另一种实施例结构图
图4是本发明层状组合激光晶体的又一种实施例结构图
图面说明：
1，3-散热物质； 2，4-激光晶体；
具体实施方式
实施例1
按照图2制作一块由5片散热物质与4片激光晶体组成的本发明的层状组合激光晶体。散热物质1选用白YAG，其尺寸为φ5mm×厚2mm的薄片；散热物质3选用白YAG，其尺寸为φ5mm×厚1mm的薄片；激光晶体2选用Nd离子掺杂浓度为1.1％的Nd:YAG，尺寸为φ5mm×厚1.5mm的薄片；将散热物质1和激光晶体2按图示交叉叠放光胶在一起，在其层状组合激光晶体上下两端面镀808nm和946nm的双增透膜。
把该层状组合激光晶体用在输出946nm的谐振腔内，当泵光从前面泵浦该新型层状组合激光晶体时，即能输出大功率946nm的激光。
实施例2：
按图3制作一块层状组合激光晶体，包括5块散热物质1选用白YAG，其尺寸为φ5mm×厚1mm；2块激光晶体2选用Nd离子掺杂浓度为1.0％的Nd:YAG，其尺寸为φ5mm×厚1mm；2块激光晶体4选用Nd离子掺杂浓度为0.5％的Nd:YVO4，尺寸为φ5mm×厚1mm激光晶体薄片；将散热物质1和激光晶体2和4按图示光胶在一起，该层状组合激光晶体的两端面镀808nm、914nm和946nm的增透膜。
把该层状组合激光晶体用在输出914nm和946nm的谐振腔内，当泵光从前面泵浦该新型层状组合激光晶体时，即能同时输出914nm和946nm的激光。
实施例3：
按图4制作一块层状组合激光晶体，散热物质1选用熔石英，其尺寸为φ5mm×厚1mm；激光晶体2选用Yb离子掺杂浓度为13％的Yb:YAG，其尺寸为φ5mm×厚1mm；将散热物质1和激光晶体2按图示光胶在一起，该层状组合激光晶体的两端面镀940nm和1030nm的双增透膜。
把该层状组合激光晶体用在输出1030nm的谐振腔内，当泵光从前面泵浦该新型层状组合激光晶体时，即能输出大功率1030nm的激光。
实施例4：
按图3制作一块层状组合激光晶体，只是散热物质1选用融石英，其余同实施例2。该层状组合激光晶体包括5块散热物质1选用融石英，尺寸为φ5mm×厚1mm；2块激光晶体2选用Nd离子掺杂浓度为1.0％的Nd:YAG，尺寸为φ5mm×厚1mm；2块激光晶体4选用Nd离子掺杂浓度为0.5％的Nd:YVO4，尺寸为φ5mm×厚1mm激光晶体薄片；将散热物质和激光晶体按图示光胶在一起，该层状组合激光晶体的两端面镀808nm、914nm和946nm的增透膜。