小信号增益固体激光放大器的设计方法及固体激光放大器技术

本发明专利技术涉及一种小信号增益固体激光放大器的设计方法及固体激光放大器。该方法包括：根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦半径和第一泵浦激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理，获取小信号增益、增益介质掺杂浓度和泵浦功率的关系图；根据所需的小信号增益和所述关系图，获取与所述第一泵浦半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率；根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信号增益固体激光放大器。本发明专利技术提供了一种小信号增益固体激光放大器的设计方法，并根据该方法设计了所需的小信号增益的固体激光放大器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，尤其涉及小信号增益固体激光放大器的设计方法及固体激光放大器。
技术介绍
自从激光器诞生以来，如何提高激光功率和能量就一直受到人们的重视。激光放大器作为提高激光功率和能量的主要手段，一直以来就是国内外研究的重点。近年来，由于半导体激光二极管(LD)的高效率、高功率以及光纤耦合输出的便捷性，LD逐渐成为主流的激光泵浦源。由于端面泵浦方式效率高、模式匹配好、波长匹配的优点，近年来在激光振荡器以及放大器方面应用广泛。为了将输入激光放大器的种子光进行放大至所需的倍数，往往需要根据所需的增益设计一台实用的激光放大器。所需的增益由放大器的小信号增益和输入激光的参数决定。对激光放大器而言，衡量其性能的一个主要参数便是小信号增益。现有的一种设计光纤放大器的方法，包括如何选择特定功率的泵浦LD的个数以及如何通过校正算法提高光谱平整度。现有的另外一种设计光纤放大器的方法，包括基于光纤有效模场半径和有效光纤作用长度设定受激布里渊散射阈值和布里渊增益。然而现有技术中缺少小信号增益固体激光放大器的设计方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种小信号增益固体激光放大器的设计方法的问题。为解决上述技术问题，本专利技术一方面提出了一种小信号增益固体激光放大器的设计方法，该方法包括：S1：根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦半径和第一泵浦激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理，获取小信号增益、增益介质掺杂浓度和泵浦功率的关系图；S2：若所述关系图中小信号增益的最大值大于等于所需的小信号增益，则根据所需的小信号增益和所述关系图，获取与所述第一泵浦半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率；S3：若所述关系图中小信号增益的最大值小于所需的小信号增益，则增加泵浦功率和/或改变第一泵浦半径和/或减小掺杂浓度和/或减小第一泵浦激光光束质量M2因子，重复步骤S1、S2；S4：根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信号增益固体激光放大器；其中，所述改变第一泵浦半径包括增大或减小第一泵浦半径。可选地，在所述根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦半径和第一泵浦激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理之前，还包括：建立固体激光放大器的速率方程。可选地，在所述根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信号增益固体激光放大器之前，还包括：判断所述泵浦功率和增益介质的热损伤阈值功率的大小，若所述泵浦功率大于所述热损伤阈值功率，则减小增益介质掺杂浓度和/或增大第一泵浦半径，重复步骤S1、S2、S3.可选地，在所述根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信号增益固体激光放大器之前，还包括：若获取的与所述第一泵浦半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率为多组，则对获取的多组增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率进行筛选，获取与所述第一泵浦半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的最优增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率。可选地，所述对增益介质进行离散化处理，包括：对增益介质采用切片法进行离散化处理。可选地，所述增益介质对泵浦激光的吸收效率大于等于80％。本专利技术另一方面提出了一种利用上述方法的固体激光放大器，该固体激光放大器包括：半导体激光二极管、耦合光纤、聚焦系统、双色镜和增益介质；所述半导体激光二极管用于产生输入激光；所述耦合光纤用于将所述输入激光耦合进所述聚焦系统；所述聚焦系统用于将所述输入激光进行准直聚焦，并将准直聚焦的输入激光经所述双色镜送至所述增益介质所述增益介质用于激光进行功率放大。可选地，所述增益介质的掺杂区域的形状为矩形或椭圆形。可选地，所述固体放大器为单程放大器。可选地，所述增益介质的材料为激光晶体、激光玻璃、激光塑料或激光陶瓷。本专利技术提供的小信号增益固体激光放大器的设计方法及固体激光放大器，通过获取小信号增益、增益介质掺杂浓度和泵浦功率的关系图，获取与所需的小信号增益对应的第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子、增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率，并根据该方法设计了所需的小信号增益的固体激光放大器。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术一个实施例的小信号增益固体激光放大器的设计方法的流程示意图；图2示出了本专利技术一个实施例的小信号增益固体激光放大器的设计方法的原理图；图3示出了本专利技术一个实施例的小信号增益与增益介质掺杂浓度、泵浦功率的关系图以及热损伤功率随着增益介质掺杂浓度的变化图；图4示出了本专利技术一个实施例的固体激光放大器的结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的实施例进行详细描述。图1示出了本专利技术一个实施例的小信号增益固体激光放大器的设计方法的流程示意图。如图1所示，该实施例的小信号增益固体激光放大器的设计方法，包括：S1：根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦半径和第一泵浦激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理，获取小信号增益、增益介质掺杂浓度和泵浦功率的关系图；S2：若所述关系图中小信号增益的最大值大于等于所需的小信号增益，则根据所需的小信号增益和所述关系图，获取与所述第一泵浦半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率；S3：若所述关系图中小信号增益的最大值小于所需的小信号增益，则增加泵浦功率和/或改变第一泵浦半径和/或减小掺杂浓度和/或减小第一泵浦激光光束质量M2因子，重复步骤S1、S2；S4：根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信号增益固体激光放大器；其中，所述改变第一泵浦半径包括增大或减小第一泵浦半径。需要说明的是，泵浦激光光束质量由M2因子所表征，其由耦合光纤的数值孔径(N.A.)和耦合光纤半径的乘积唯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小信号增益固体激光放大器的设计方法，其特征在于，包括：S1：根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦半径和第一泵浦激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理，获取小信号增益、增益介质掺杂浓度和泵浦功率的关系图；S2：若所述关系图中小信号增益的最大值大于等于所需的小信号增益，则根据所需的小信号增益和所述关系图，获取与所述第一泵浦半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度和泵浦功率；S3：若所述关系图中小信号增益的最大值小于所需的小信号增益，则增加泵浦功率和/或改变第一泵浦半径和/或减小掺杂浓度和/或减小第一泵浦激光光束质量M2因子，重复步骤S1、S2；S4：根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信号增益固体激光放大器；其中，所述改变第一泵浦半径包括增大或减小第一泵浦半径。

【技术特征摘要】
1.一种小信号增益固体激光放大器的设计方法，其特征在于，
包括：
S1：根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦半径和第一泵浦
激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理，获取小信号增
益、增益介质掺杂浓度和泵浦功率的关系图；
S2：若所述关系图中小信号增益的最大值大于等于所需的小信号
增益，则根据所需的小信号增益和所述关系图，获取与所述第一泵浦
半径和第一泵浦光光束质量M2因子对应的增益介质掺杂浓度、增益
介质长度和泵浦功率；
S3：若所述关系图中小信号增益的最大值小于所需的小信号增
益，则增加泵浦功率和/或改变第一泵浦半径和/或减小掺杂浓度和/
或减小第一泵浦激光光束质量M2因子，重复步骤S1、S2；
S4：根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束质量M2因子和
对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率设计所需的小信
号增益固体激光放大器；
其中，所述改变第一泵浦半径包括增大或减小第一泵浦半径。
2.根据权利要求1所述的小信号增益固体激光放大器的设计方
法，其特征在于，在所述根据固体激光放大器的速率方程、第一泵浦
半径和第一泵浦激光光束质量M2因子，对增益介质进行离散化处理
之前，还包括：
建立固体激光放大器的速率方程。
3.根据权利要求1所述的小信号增益固体激光放大器的设计方
法，其特征在于，在所述根据所述第一泵浦半径、第一泵浦激光光束
质量M2因子和对应的增益介质掺杂浓度、增益介质长度、泵浦功率
设计所需的小信号增益固体激光放大器之前，还包括：
判断所述泵浦功率和增益介质的热损伤阈值功率的大小，若所述

\t泵浦功率大于所述热损伤阈值功率，则减小增益介质掺杂浓度和/或
增大第一泵浦半径，重复步骤S1、S2、S3。
4...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳强，聂明明，陆富源，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11