低内热固体激光放大器制造技术

本发明专利技术提供了低内热固体激光放大器，该低内热固体激光放大器包括：增益介质；长波长泵浦光生成模块，其包括泵浦源、工作物质和谐振腔，泵浦源位于谐振腔外，工作物质位于谐振腔内；长波长泵浦光控制模块，其位于长波长泵浦光生成模块中的谐振腔内的长波长泵浦光振荡路径；其中，在长波长泵浦光振荡路径中工作物质出射的光直接入射至增益介质的侧面，且该增益介质贯通长波长泵浦光振荡路径。

【技术实现步骤摘要】
低内热固体激光放大器
本专利技术属于激光器
，具体涉及一种反斯托克斯荧光制冷效应固体激光放大器，尤其涉及一种高激光功率和高光束质量、且结构紧凑的低内热固体激光放大器。
技术介绍
随着高能量激光技术的不断进步，激光器在平均功率、脉冲能量和光束质量等特性上不断提高，这些特性提高极度促进了其在精密探测、先进制造、前沿科学和科学仪器等领域的广泛应用。其中，固体激光器基于可以实现稳定运行及维护方便等优势，成为了要获得高功率、高光束质量激光输出的首选。然而，在固体激光器中，激光产生的同时也会有大量的废热生成，激光功率越高，激光工作物质(即“增益介质”，有时也称为“工作物质”)的热沉积量越多，这样的激光工作物质的热效应，成为制约固体激光器发展的主要因素之一，不仅降低了激光器的输出光束质量，还限制了激光系统的输出极限。为此，以消除这些缺陷为目的，本领域技术人员在激光工作物质的晶体结构、泵浦方式、均匀冷却等方面进行了众多研究工作，这些研究工作的结果表明，热效应的影响虽然减小到一定程度，但无法完全消除。再有，高能激光器通常采用“主振荡-放大”的技术方案来实现高能量的输出，其中，高质量小能量的激光在主振荡部分产生，通过多个激光放大器逐级放大，由此实现预期的输出能量。进而，高储能大口径激光放大器是高能激光器中的多级激光放大器的高级别器件，决定着高能激光器最终输出能量的大小。然而，随着激光放大器在工作介质尺寸、储能等的进一步提高，其在功率提升的同时所累积的热效应无法忽视，导致了激光光束质量的严重劣化，限制了激光器的输出极限等。另外，固体激光放大器因激光工作物质多为不良导热体而其热传导系数较低，则其散热方式通常只能是热传导和热辐射，相比气体和流体的散热惯用方式即对流方式，热传导和热辐射的散热方式不仅存在梯度问题还总有延迟以至于不能即时将废热散掉。对此，替代这些散热方式，目前还存在通过光辐射而实施散热的光辐射制冷技术，其中，固体光辐射制冷的机制包括有反斯托克斯荧光制冷、超辐射制冷、四波混频受激辐射制冷等不同类型。在这些光辐射制冷机制中，反斯托克斯荧光制冷除具有全固态、全光制冷的特点外，还具有无震动、无噪音、无污染、无电磁辐射、质量轻、体积小、可靠性高、寿命长等优点，故倍受本领域技术人员关注。简单地，如图1所示，就反斯托克斯荧光制冷效应(anti-Stokesfluorescence-coolingeffect，ASFCE)而言，由低能量的光子激励激光工作物质，激光工作物质的发光中心(原子、分子、离子和缺陷)受到光激励而从基态跃迁到激发态，从而处于激发态的粒子以辐射跃迁的方式弛豫到基态，在辐射跃迁弛豫中产生荧光辐射；此外，荧光辐射的荧光光子的平均能量比激励光子的平均能量大，这个能量差是受激能级之间达到热平衡所需要的热吸收的能量，正是该能量差(热吸收能量)被所辐射的荧光带走，由此产生制冷效应。再有，从宏观的角度看，在利用ASFCE的激光系统中，工作物质在形成激光输出的同时，通过ASFCE的作用而抵消了所产生的热量，因此，能够克服上述的热效应不能完全消除的问题。理论上，传统的激光系统中，泵浦光子波长λP、荧光波长λF、输出激光波长λL之间的关系是λP＜λF＜λL，相对于此，利用ASFCE的激光系统中，基于ASFCE所散射的荧光光子波长比泵浦光子波长短，即λF＜λP，然而，基于ASFCE的激光系统中，在实践上因一部分荧光光子被增益介质再次吸收而使整个增益介质的平均荧光波长λF发生红移，一旦红移后的平均荧光波长λF大于泵浦光子波长λP，就无法实现荧光制冷的效果，而不再能够抵消所产生的热量，从而无法获得抑制热效应的激光器。因此，目前的反斯托克斯荧光制冷技术中，存在着泵浦功率有限、成本较高的问题，进而基于双泵浦光的荧光制冷系统还有结构复杂的缺陷，由此，如何有效获取高功率、长波长泵浦光源等是该领域的瓶颈问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供了一种低内热固体激光放大器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种低内热固体激光放大器，包括：增益介质；长波长泵浦光生成模块，其包括泵浦源、工作物质和谐振腔，泵浦源位于谐振腔外，工作物质位于谐振腔内；长波长泵浦光控制模块，其位于长波长泵浦光生成模块中的谐振腔内的长波长泵浦光振荡路径；其中，在长波长泵浦光振荡路径中工作物质出射的光直接入射增益介质的侧面，并且增益介质贯通长波长泵浦光振荡路径。根据本专利技术的一种具体实施方式，长波长泵浦光生成模块的谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和所述第二反射镜具有对长波长泵浦光的HR功能。根据本专利技术的一种具体实施方式，增益介质以侧面泵浦方式泵浦激励，工作物质以端面泵浦方式激励。根据本专利技术的一种具体实施方式，增益介质和工作物质采用相同材料，相同材料为晶体材料或陶瓷，晶体材料为Yb:YAG、Yb:FAP、Yb:GGG或Yb:KYW。根据本专利技术的一种具体实施方式，在晶体材料为Yb:YAG时，泵浦源的发光波段与Yb:YAG晶体材料的938nm主吸收带一致，在谐振腔内持续振荡的长波长泵浦光与Yb:YAG晶体材料的荧光带和吸收带相互重叠的1030nm波长光一致。根据本专利技术的一种具体实施方式，第一反射镜具有对940nm波长光的AR功能、对1050nm波长光的AR功能、及对1030nm波长光的HR功能，第二反射镜具有对1050nm波长光的AR功能及对1030nm波长光的HR功能。根据本专利技术的一种具体实施方式，通过长波长泵浦光控制模块中的偏振片和波片与第一反射镜和第二反射镜的配合，选择出在谐振腔内持续振荡的长波长泵浦光。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术低内热固体激光器系统至少具有以下有益效果其中之一或其中的一部分：(1)采用高功率长波长泵浦光泵浦激励增益介质，而增益介质生成的荧光的平均波长短于长波长泵浦光，由此达成ASFCE，因此，通过荧光制冷而抵消了增益介质在激光形成时产生的热量，从而减少固体增益介质的热效应，以实现低内热固体激光放大器。(2)利用腔内振荡路径中的高功率密度和高光束质量的长波长泵浦光的特点，提高激光放大器的泵浦光功率，以增加激光放大器的增益介质对泵浦光的吸收；谐振腔内对增益介质的泵浦功率密度比腔外高数十倍以上，从而提高增益介质对泵浦光的吸收效率，尤其是针对非吸收峰的泵浦情形；由此，在保证荧光制冷而达成内热降低的同时，进一步减少固体增益介质的热效应，从而获得激光的高功率高光束质量的性能。(3)通过增益介质以侧面泵浦激励方式泵浦激励而长波长泵浦光生成模块的工作物质以端面泵浦方式激励，由此，通过这样的侧面泵浦与端面泵浦的组合方式，能够减少固体激光放大器的体积，从而实现结构紧凑而小型化、成本低的效果。附图说明图1为用于说明反斯托克斯荧光制冷效应的示意图。图2为示出本专利技术实施例低内热固体激光放大器的结构的概要图。【附图中本专利技术实施例主要元件符号说明】LD-激光二极管；1-反射镜；2-工作物质；3-偏振片；4-波片；5-反射镜；6-增益介质；7-偏振片。具体实施方式如前所述，本专利技术对于低内热固体激光放大器设计的出发点是设计一个结构紧凑且可以同时获取长波长泵浦光和高激光功率的机制，以满足某些应用中要求固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低内热固体激光放大器，包括：增益介质；长波长泵浦光生成模块，其包括泵浦源、工作物质和谐振腔，所述泵浦源位于谐振腔外，所述工作物质位于谐振腔内；长波长泵浦光控制模块，其位于所述长波长泵浦光生成模块中的所述谐振腔内的长波长泵浦光振荡路径；其中，在所述长波长泵浦光振荡路径中所述工作物质出射的光直接入射所述增益介质的侧面，并且所述增益介质贯通所述长波长泵浦光振荡路径。

【技术特征摘要】
1.一种低内热固体激光放大器，包括：增益介质；长波长泵浦光生成模块，其包括泵浦源、工作物质和谐振腔，所述泵浦源位于谐振腔外，所述工作物质位于谐振腔内；长波长泵浦光控制模块，其位于所述长波长泵浦光生成模块中的所述谐振腔内的长波长泵浦光振荡路径；其中，在所述长波长泵浦光振荡路径中所述工作物质出射的光直接入射所述增益介质的侧面，并且所述增益介质贯通所述长波长泵浦光振荡路径。2.根据权利要求1所述的低内热固体激光放大器，其中，所述长波长泵浦光生成模块的所述谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜具有对所述长波长泵浦光的HR功能。3.根据权利要求1所述的低内热固体激光放大器，其中，所述增益介质以侧面泵浦方式泵浦激励，所述工作物质以端面泵浦方式激励。4.根据权利要求3所述的低内热固体激光放大器，其中，所述增益介质和所述工作物质采用相同材料。5.根据权利要求4所述的低内热固体激光放大器，其中，所述相同材料为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭广妍，赵天卓，林蔚然，樊仲维，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11