泵浦腔和光耦合器件

泵浦腔和光耦合器件第一页，共七十一页，2022年，8月28日一、闪光灯泵浦聚光腔几何种类

镀金反射体、镀银反射体、陶瓷反射体、玻璃反射体

第二页，共七十一页，2022年，8月28日第三页，共七十一页，2022年，8月28日第四页，共七十一页，2022年，8月28日反射体型号反射体型号反射体型号ALPHALASERSSTGCALS35完整金腔组件ALC35,ALO35,ALS35STGCEALS35镀金椭圆腔体(镀金体、镀金反射体)STGCEALS35S镀金椭圆腔体(镀金体、镀金反射体)STCEPALS35ST聚四氟乙烯腔体端板STGCEALS75镀金椭圆腔体(镀金体、镀金反射体)STCEPALS75T聚四氟乙烯腔体端板ABLASERINCSTGC600完整金腔组件Baasel600,601,612,615STGCE600镀金椭圆腔体(镀金体、镀金反射体)第五页，共七十一页，2022年，8月28日第六页，共七十一页，2022年，8月28日材料种类第七页，共七十一页，2022年，8月28日侧面泵浦薄片叠放第八页，共七十一页，2022年，8月28日第九页，共七十一页，2022年，8月28日

椭圆泵浦腔第十页，共七十一页，2022年，8月28日紧耦合结构第十一页，共七十一页，2022年，8月28日聚光腔耦合效率（理论）第十二页，共七十一页，2022年，8月28日第十三页，共七十一页，2022年，8月28日

椭圆聚光腔的效率与e的关系第十四页，共七十一页，2022年，8月28日单椭圆腔效率第十五页，共七十一页，2022年，8月28日

双椭圆腔效率第十六页，共七十一页，2022年，8月28日聚光腔设计经验数据要得到最高的效率、使用较短的激光棒(最长为10cm)，最好选用小体积单椭圆柱腔、旋转椭球腔或球状腔．如要使用较长的激光棒，选用紧包结构，也可获得相近的效率．长轴与棒直径的比值较小的小椭圆腔的效率高于大椭圆腔．在业椭圆腔中，直接辐射部分较多，绝大部分泵浦辐射在腔壁上一次反射后就到达激光棒。因此，这种结构的反射率小于l，结构的不完善和光路的遮拦对效率的影响要小于椭圆柱腔．主张椭圆柱腔尽可能小的另一个有力理由是，如果腔体积与激光棒体积之比较小，遗失辐射重新回到激光棒的概率就会增．从理论上说，如果rR/rL比值大，椭圆柱腔就可能产生最高的效率。不过，从灯的寿命来说，该比值较小为好．

第十七页，共七十一页，2022年，8月28日在小椭圆腔中，高反射率极其重要，而椭圆腔的机械容限并不是很关键.这并不奇怪，因为在紧耦合椭圆腔中，灯和棒的截面相对于椭圆腔的尺寸已相当大了,这会降低精确成像的要求.椭圆柱腔的长度相对于直径而言应尽可能地大，而激光棒、泵浦灯和腔长都应该是相同的．最佳的小椭圆柱腔的泵浦腔与旋转椭球腔的泵浦腔有同样好的效果．可以通过多圆柱椭圆腔来增加泵浦灯的数量，同时产生对称的泵浦．如果要维持小腔体，最低程度地降低效率就可以实现。第十八页，共七十一页，2022年，8月28日紧合单椭圆柱腔设计步骤首先，根据下式确定棒与泵浦源韵最小间距：求出椭圆的长轴：

第十九页，共七十一页，2022年，8月28日激光棒中的泵浦光分布

泵浦腔特性棒自身产生的双折射聚焦灯泵浦辐射的不均匀性吸收上述三个效应都取决于泵浦结构、激光棒圆柱表面的加工、光学厚度。

第二十页，共七十一页，2022年，8月28日射线通过下列半径的棒的中心泵浦光强与棒中光路的长度x之间的关系第二十一页，共七十一页，2022年，8月28日改善漫反射腔中对激光棒的泵浦均匀性。给棒打毛，或棒浸在液体中，或棒包一层物质，都可减少棒内的聚焦效应。第二十二页，共七十一页，2022年，8月28日速率方程

Wp为常数第二十三页，共七十一页，2022年，8月28日二、LD泵浦

与灯泵浦的固态激光器相比，DPL的泵浦技术极其重要、丰富多彩、卓有成效。第二十四页，共七十一页，2022年，8月28日DPLLD端面泵浦第二十五页，共七十一页，2022年，8月28日OutputBeamLBODoublingCrystalDiodePumpFromProLiteDiodePumpFromProLteNd:YVO4GainMediumS-PLD泵浦532nm激光器第二十六页，共七十一页，2022年，8月28日CoherentDPL532nm激光器第二十七页，共七十一页，2022年，8月28日LD端面泵浦速率方程第二十八页，共七十一页，2022年，8月28日LD侧面泵浦第二十九页，共七十一页，2022年，8月28日紧耦合第三十页，共七十一页，2022年，8月28日为了优化增益介质内泵浦分布的均匀性和辐射分布，已经设计了很多关于光线行程程序。

有一个程序称为CRADLE，它利用激光二极管阵列泵浦系统的总光线行程，解决了侧面泵浦激光棒中辐射传输的常见问题。第三十一页，共七十一页，2022年，8月28日第三十二页，共七十一页，2022年，8月28日板条侧面泵浦的直腔第三十三页，共七十一页，2022年，8月28日端面泵浦：效率高，光束质量好，输出平 均功率不高，用于中小功率；

侧面泵浦：输出功率高，光束质量和效率 较低；混合泵浦：DPL技术的发展大大突破了早期的局限DPL小结1第三十四页，共七十一页，2022年，8月28日端面泵浦获得高平均功率千瓦的棒、薄片，百万瓦级盘片设计。关键：大而均匀的泵浦面积；高功率密度LD及高密度封装（＞500W/cm2）；扩散键合；高效热交换等。第三十五页，共七十一页，2022年，8月28日DPL第三十六页，共七十一页，2022年，8月28日CW输出1080W，

《OL》，2000端面泵浦高平均功率DPL第三十七页，共七十一页，2022年，8月28日DPL第三十八页，共七十一页，2022年，8月28日DPL第三十九页，共七十一页，2022年，8月28日DPL第四十页，共七十一页，2022年，8月28日IEEEJQE,p.650,2000d～6mm，t～200m，dt，可保证晶体内一维的温度梯度分布。泵光16次通过晶体，腔内4块晶体输出（cw）1070W，光-光=48%，M2＝80DPL第四十一页，共七十一页，2022年，8月28日

关键：漫反射；多次吸收；p偏振；计算机辅助设计（吸收均匀－泵浦结构，掺杂浓度，…）；高功率密度LD；扩散键合；高效热交换。侧面泵浦获得高效率、高光束质量。DPL第四十二页，共七十一页，2022年，8月28日电-光效率28％，光-光效率53％，TEM00模208W

O.L.,p.602,2001DPL第四十三页，共七十一页，2022年，8月28日LD快轴平行于棒轴，泵浦光以p偏振射入工作介质DPL第四十四页，共七十一页，2022年，8月28日A.O.,p.986,2000DPL第四十五页，共七十一页，2022年，8月28日冷却面冷却面泵浦光泵浦光泵浦光泵浦光激光hb冷却面冷却面泵浦光泵浦光激光hb冷却、泵浦面分开，简化激光头设计；泵浦光的吸收效率高，可采用大数值孔经光源；减少板条厚度以改善散热而不影响对泵浦光的吸收；传导冷却均匀，稳定。传导冷却板条DPL第四十六页，共七十一页，2022年，8月28日O.L.Vol.26,p.986,2001300W泵浦时输出127W，斜率效率58％，泵浦光的吸收效率～87％DPL第四十七页，共七十一页，2022年，8月28日高亮度、高平均功率全固态薄片激光器pumplaser传统的固体激光

热梯度

热应力热透镜

光束质量

光斑不对称

像散

失调灵敏

加工精度高

难以发展成为高平均功率高亮度的固体激光器高平均功率：数千瓦、万瓦、十万瓦高亮度：M2<3第四十八页，共七十一页，2022年，8月28日热容模式实时冷却热管理模式第四十九页，共七十一页，2022年，8月28日EfficientcoolingHighpumppowerdensitySmallthermallensPowerscalabilityAxialheatflowBeamqualitykeepingPpumpMultipumpbeampassPpumpPpumpAsurface>>dcoolingPpump薄片激光器的优势第五十页，共七十一页，2022年，8月28日EfficientcoolingHighpumppowerdensitySmallthermallensPowerscalabilityAxialheatflowBeamqualitykeepingPpumpMultipumpbeampassPpumpPpumpAsurface>>dcoolingPpump薄片激光器的优势GoodbeamqualityHighefficiencyScalabilityofpower第五十一页，共七十一页，2022年，8月28日片状激光器几何参数影响因素高平均功率介质几何构形厚度直径高功率密度大口径高增益设计要求目标热应力介质尺寸ASE限制因素热传递热交换厚度直径第五十二页，共七十一页，2022年，8月28日不同技术途径的片状激光Thickness：~200mmDiameter：severalmm

Yb:YAGEndorSidepump薄片激光Thickness：~2.5mmDiameter:50~150mm

Nd:YAG,GGG,Glass

面泵浦片状激光Thickness：~2.5mmDiameter:50~150mm

Yb/Nd:YAG,GGG,Glass

边缘泵浦片状激光Thickness：~20mmDiameter:50~150mm

Nd:YAG,GGG,Glass

片状热容激光片状激光第五十三页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素薄片激光TRUMPF，LLNL第五十四页，共七十一页，2022年，8月28日TRUMPFAverageoutputpower:>4kW(4disk)Beamquality:7mm*mradFibercoupleddiodelaser100~300mmthickness16or32pumpbeampass发展潜力及限制因素薄片激光TRUMPF，LLNL第五十五页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素TRUMPFAverageoutputpower:>4kW(4disk)Beamquality:7mm*mradFibercoupleddiodelaser100~300mmthickness16or32pumpbeampass薄片激光

光束质量好，结构紧凑

泵浦耦合复杂适合数kW功率输出，满足工业加工应用TRUMPF，LLNL第五十六页，共七十一页，2022年，8月28日Diodepump面泵浦片状激光发展潜力及限制因素Boeing第五十七页，共七十一页，2022年，8月28日Diodepump面泵浦片状激光发展潜力及限制因素BoeingFeedbackOpticsOutcouplingOpticsCAMILModulesEndMirrorOutcoupledBeam第五十八页，共七十一页，2022年，8月28日Diodepump面泵浦片状激光

大功率DL阵列直接泵浦（双通）泵浦结构简单，容易实现大口径原理可定标到100kW

技术难度大发展潜力及限制因素Boeing第五十九页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素边缘泵浦片状激光Boeing第六十页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素工程概念设计

结构十分紧凑易于定标放大（100kW）

泵浦结构及均匀泵浦技术要求高热交器面形要求高(l/10~l/20)边缘泵浦片状激光Boeing第六十一页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素片状热容激光传统稳态热容方式激光发射介质冷却激光发射介质冷却t第六十二页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素片状热容激光传统稳态热容方式激光发射介质冷却激光发射介质冷却t

断裂应力增大热畸变减小介质热管理难度降低单通或双通泵浦，系统简单易于实现高平均功率（100kW）脉冲工作（工作时间5s~10s)（增加出光时间、缩短冷却周期)第六十三页，共七十一页，2022年，8月28日发展潜力及限制因素光纤激光器

光束质量好（衍