[实用新型]一种百千瓦级面阵LD阵列的耦合系统

说明书

技术领域

本实用新型属于高功率激光器的泵浦耦合领域，具体涉及一种百千瓦级面阵LD阵列的耦合系统，可以应用于高效高功率激光装置。

背景技术

无论是惯性约束聚变（ICF），还是未来的惯性聚变能源（IFE），都需要激光驱动器具有高能或高峰值功率的激光输出，因此对激光驱动器泵浦源输出功率的要求也越来越高。目前，LD点光源的输出功率只有数瓦，LD巴条（bar）的输出功率在100W~200W范围，至少需要将巴条组成百千瓦级甚至千千瓦级的LD面列才能满足激光驱动器的高功率输出。但目前LD面阵的发光强度只有~1kW/cm² ，远不能满足增益介质对泵浦的需要，必须用泵浦耦合系统将泵浦光传输至增益介质，并将泵浦强度提高到数千瓦至数十千瓦每平方厘米。

目前高功率LD阵列常用的封装形式有几种，在2002年长春理工大学学报上发表的《大功率1064nm LD阵列组侧泵浦YAG固体激光器》文献中，介绍了一种直接将LD阵列内的巴条呈弧形排列进行封装，将所有巴条的发光面都对准到增益介质的中心。这种方法多用于棒状增益介质的侧面泵浦方式，此时的泵浦光不需要专门的耦合系统。做端面泵浦时，需要配合导光管使用，但不方便用透镜对LD发出的泵浦光做整形，将导致耦合系统的效率下降，同时输出口处泵浦光的传输性也将变差。

另一种方法是将LD阵列内的所有巴条都封装在一个平面内，但该种封装方式的LD阵列不适合用透镜进行整形，因为百千瓦级的大面阵LD阵列，像差的影响将不可忽略，所以常应用在中小型激光器的泵浦源上。

还有一种面阵排列的LD阵列，是将整个阵列分成若干个小面阵LD模块单元，每个LD模块单元由几十个巴条封装而成，对每个LD模块单元分别做整形。于2009年第五届高能二极管泵浦固体激光器峰会上，法国对其LUCIA装置的现状作了名称为《露西亚激光装置现状》的报道（5^th Workshop-High Energy Class Diode Pumped Solid State Lasers. Dresden，June 10^th-12^th 2009），其中介绍将一系列小面阵LD模块单元在一个平面内排列成一个大面阵，然后采用分段棱镜的方法，将每个LD模块单元发出的激光在快轴平面上向增益介质中心偏折，又因LD模块快轴方向的发光长度与输出口尺寸相当，而无需使用透镜进行聚焦；但是慢轴方向却仅仅利用导光管反射板进行整形，没有采用任何提升耦合效率的措施。

发明内容

本实用新型提供一种百千瓦级面阵LD阵列的耦合系统，以解决大型激光装置中片状增益介质的高能量泵浦耦合问题，降低耦合系统对导光管反射率的依赖。

本实用新型的百千瓦级面阵LD阵列的耦合系统，其特点是，所述的耦合系统包括拟球面排列的LD阵列、正交柱面透镜和导光管；其中LD阵列由数个LD模块单元组成；导光管由独立的机械支撑架支撑；增益介质置于导光管的输出口端，增益介质与导光管之间设置有增益介质的冷却层；冷却层和增益介质设置在独立的激光头内；数个LD模块单元通过螺丝与机械支撑架连接固定，处于导光管的输入口端，LD模块单元以增益介质的几何中心为球心、以导光管的侧棱长为半径，呈拟球面排列；每个LD模块单元的发光面与导光管之间均设置有正交柱面透镜，每个LD模块单元发光面的中心法线与正交柱面透镜的两个柱面法线重合，正交柱面透镜固定设置在金属框中，金属框通过螺丝与LD模块单元连接；所述耦合系统的LD阵列、导光管通过支撑架与底板固定连接。

所述的耦合系统中的正交柱面透镜的两条柱面轴线分别与LD模块单元发射激光的快轴和慢轴垂直。

所述的LD阵列中的LD模块单元内的巴条，在同一平面内组成面阵。

所述的耦合系统中的正交柱面透镜设置在树脂框中。