一种紧凑型大能量脉冲激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种紧凑型大能量脉冲激光器，包括被动调Q微片种子激光器、光隔离器、种子光输入柱透镜组、掠入射板条放大装置和放大输出柱透镜组，掠入射板条放大装置包括板条增益介质与泵浦模块，其中：种子激光器输出大能量脉冲激光，作为种子光；沿种子光传播方向，依次设置有光隔离器、种子光输入柱透镜组，种子光经种子光输入柱透镜组后，掠入射于板条增益介质；种子光经板条增益介质放大能量后，经放大输出柱透镜组出射。本发明专利技术极大地减小板条水平方向（图1X方向）的端面应力形变，改善放大激光的光束质量。同时，本发明专利技术也可以保证放大模块的紧凑性与低成本，提高系统的稳定性与可靠性，并有效地降低激光器的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型大能量脉冲激光器
本专利技术涉及激光
，更具体地，涉及一种紧凑型大能量脉冲激光器。
技术介绍
脉冲激光器在材料加工、医疗、国防以及基础科学研究方面均具有广泛的应用。基于锁模与主动调Q的谐振腔结构是实现脉冲激光振荡器的主要方式。但是，这些激光器在工作中存在着结构较大、机械稳定性不够高、工作过程易于受外界干扰等问题。基于被动调Q的二极管泵浦微片激光器是脉冲激光领域的又一次技术突破。其结构异常简单紧凑，可以产生从ns到ps级的脉冲激光输出，且脉冲峰值功率可达几MW。但是，受限于增益介质的尺寸，微片激光器的输出能量难以进一步提升，因此不能满足很多应用需求（如激光强化，激光发动机点火等）。主振荡功率放大(MasterOscillatorPowerAmplifier,MOPA)技术是提升激光能量的有效方法，其面临的问题是如何在增加能量的同时保持系统的光束质量和紧凑性。高掺杂Nd（~1at.%）钒酸盐（如Nd:YVO4，Nd:GdVO4以及Nd:GdxY1−xVO4等）掠入射板条放大器，具有极高的单程增益（可以达到50dB以上），是实现紧凑型大能量脉冲激光的有效途径。该结构的缺点是热效应严重，热致折射率变化以及板条增益介质泵浦面的端面应力形变使放大激光的光束质量退化严重，而端面应力形变是导致放大激光光束质量退化的主要因素，为了抑制掠入射板条放大器中光束质量的退化，日本千叶大学的K.Nawata等人在高功率泵浦时采用相位共扼镜对系统的光束质量进行补偿。引入相位共扼镜可以有效地改善光束质量，但是这会使系统变得复杂，激光器成本大幅提高。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种紧凑型大能量脉冲激光器，能够实现脉冲种子光的高增益与高光束质量放大，同时实现激光器的紧凑性与低成本特点。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种紧凑型大能量脉冲激光器，包括被动调Q微片种子激光器、光隔离器、种子光输入柱透镜组、掠入射板条放大装置和放大输出柱透镜组，掠入射板条放大装置包括板条增益介质与泵浦模块，其中：被动调Q微片种子激光器输出大能量脉冲激光，作为种子光；沿种子光传播方向，依次设置有光隔离器、种子光输入柱透镜组，种子光经种子光输入柱透镜组后，掠入射于板条增益介质；板条增益介质经泵浦模块发出的水平方向能量匀化的泵浦光激活，在接收泵浦光的一面，即泵浦面的浅层形成一段长的恒定高反转粒子密度区域，称为泵浦区域，种子光经板条增益介质的泵浦区域放大能量，经放大输出柱透镜组出射。优选地，板条增益介质为高掺杂Nd钒酸盐板条增益介质。优选地，板条增益介质为长方体结构，板条增益介质的泵浦面镀泵浦光增透膜，与泵浦面相对的面打毛处理；种子光掠入射与出射的面为通光面，根据所采用的掠入射角度镀对应激光波长增透膜；上下两个冷却面均与热沉接触。优选地，泵浦模块包括激光二极管、泵浦光输入柱透镜和匀化波导，其中：激光二极管发出泵浦光，经泵浦光输入柱透镜耦合进匀化波导并控制泵浦光在泵浦面垂直方向尺寸；匀化波导输出水平方向能量匀化的泵浦光，其出光口紧贴板条增益介质的泵浦面，匀化波导与板条增益介质在水平方向宽度一致。优选地，匀化波导包括在垂直方向平行相对放置的波导壁，波导壁内侧镀有泵浦光增反膜，射入匀化波导的泵浦光在波导壁之间反射并向前传输，实现水平方向能量匀化。优选地，泵浦模块还包括二分之一波片，所述二分之一波片设置于所述激光二极管与泵浦光输入柱透镜组之间，调节泵浦光偏振方向。优选地，激光二极管为808nm激光二极管，激光二极管为单Bar条或垂直方向二极管叠阵。优选地，种子光输入柱透镜组包括第一水平方向柱透镜和第一垂直方向柱透镜，实现种子光与板条增益介质中泵浦光优化的模式交叠面积，保证激光提取效率。优选地，泵浦光输入柱透镜组包括第二水平方向柱透镜和第二垂直方向柱透镜，第二水平方向柱透镜经泵浦光耦合进匀化波导，第二垂直方向柱透镜控制泵浦光在泵浦面垂直方向尺寸。优选地，放大输出柱透镜组包括第三水平方向柱透镜和第三垂直方向柱透镜。本申请提供的技术方案，种子激光器发出的种子光经种子光输入柱透镜组整形后掠入射进入板条增益介质放大。为了避免后向反射的激光对种子激光器造成损伤，在种子激光器和种子光输入柱透镜组之间设有光隔离器，通过光隔离器避免反射光损伤被动调Q微片种子激光器。激光二极管发出的泵浦光经二分之一波片调整偏振方向后再经泵浦光输入柱透镜组整形进入匀化波导，匀化波导将泵浦光在水平方向能量匀化，匀化后的泵浦光由板条增益介质泵浦面进入板条增益介质并被板条增益介质吸收。采用匀化波导对泵浦光在水平方向能量匀化可以有效地减小板条增益介质泵浦面的端面应力形变，保证放大激光的光束质量。进入板条增益介质的种子光经过板条泵浦区域放大并在泵浦面发生内全反射后射向放大输出柱透镜组，通过放大输出柱透镜组调整输出激光的光斑尺寸。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：1、本专利技术提供的脉冲激光器，与现有的掠入射板放大器相比，采用匀化波导对泵浦光进行水平方向能量匀化，将匀化波导出口贴合掠入射板条泵浦面放置，能极大减小板条水平方向端面应力形变，而有效改善放大激光光束质量的同时保持系统紧凑性的特点。2、本申请提供的脉冲激光器，采用被动调Q微片种子激光器作为种子源结合高增益的掠入射板条放大装置作为放大器，在实现大能量脉冲激光输出同时，能保证激光系统简单紧凑，提高系统的稳定性与可靠性，并有效地降低激光器的成本。附图说明图1为一种紧凑型大能量脉冲激光器结构示意图。图2为板条增益介质结构示意图。图3为匀化波导结构示意图。图中，1为被动调Q微片激光器，2为光隔离器，3为种子光输入柱透镜组，4为板条增益介质，5为匀化波导，6为泵浦光输入柱透镜组，7为泵浦光，8为二分之一波片，9为激光二极管，10为放大输出柱透镜组，11为泵浦面，12、13为冷却面，14为通光面，15、16为波导壁。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1本实施例提供一种紧凑型大能量脉冲激光器，如图1，包括被动调Q微片激光器1、光隔离器2、种子光输入柱透镜组3、板条增益介质4、泵浦模块和放大输出柱透镜组10，泵浦模块包括激光二极管9、二分之一波片8，泵浦光输入柱透镜组6、匀化波导5，其中：被动调Q微片激光器1输出大能量脉冲激光，作为种子光；沿种子光传播方向，依次设置有光隔离器2、种子光输入柱透镜组3，种子光经种子光输入柱透镜组3后，掠入射于板条增益介质4；板条增益介质4经泵浦模块发出的水平方向能量匀化的泵浦光激活，在接收泵浦光的一面，即泵浦面11的浅层形成一段长的恒定高反转粒子密度区域，种子光经板条增益介质4放大能量后，经放大输出柱透镜组10出射。板条增益介质4为高掺杂Nd钒酸盐板条增益介质。板条增益介质4为长方体结构，如图2，板条增益介质4的泵浦面11镀泵浦光增透膜，与泵浦面11相对的面打毛处理；种子光掠入射与出射的面为通光面14，根据所采用的掠入射角度镀对应激光波长增透膜；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑型大能量脉冲激光器，其特征在于，包括被动调Q微片种子激光器、光隔离器、种子光输入柱透镜组、掠入射板条放大装置和放大输出柱透镜组，所述掠入射板条放大装置包括板条增益介质与泵浦模块，其中：被动调Q微片种子激光器输出大能量脉冲激光，作为种子光；沿所述种子光传播方向，依次设置有所述光隔离器、种子光输入柱透镜组， 种子光经所述种子光输入柱透镜组后，掠入射于所述板条增益介质；所述板条增益介质经泵浦模块发出的水平方向能量匀化的泵浦光激活，在接收泵浦光的一面，即泵浦面的浅层形成一段长的恒定高反转粒子密度区域，称为泵浦区域，所述种子光经板条增益介质的泵浦区域放大能量，经所述放大输出柱透镜组出射。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型大能量脉冲激光器，其特征在于，包括被动调Q微片种子激光器、光隔离器、种子光输入柱透镜组、掠入射板条放大装置和放大输出柱透镜组，所述掠入射板条放大装置包括板条增益介质与泵浦模块，其中：被动调Q微片种子激光器输出大能量脉冲激光，作为种子光；沿所述种子光传播方向，依次设置有所述光隔离器、种子光输入柱透镜组，种子光经所述种子光输入柱透镜组后，掠入射于所述板条增益介质；所述板条增益介质经泵浦模块发出的水平方向能量匀化的泵浦光激活，在接收泵浦光的一面，即泵浦面的浅层形成一段长的恒定高反转粒子密度区域，称为泵浦区域，所述种子光经板条增益介质的泵浦区域放大能量，经所述放大输出柱透镜组出射。2.根据权利要求1所述的紧凑型大能量脉冲激光器，其特征在于，所述板条增益介质为高掺杂Nd钒酸盐板条增益介质。3.根据权利要求2所述的紧凑型大能量脉冲激光器，其特征在于，所述板条增益介质为长方体结构，所述板条增益介质的泵浦面镀泵浦光增透膜，与泵浦面相对的面打毛处理；种子光掠入射与出射的面为通光面，根据所采用的掠入射角度镀对应激光波长增透膜；上下两个冷却面均与热沉接触。4.根据权利要求1至3任一项所述的紧凑型大能量脉冲激光器，其特征在于，所述泵浦模块包括激光二极管、泵浦光输入柱透镜和匀化波导，其中：所述激光二极管发出泵浦光，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春华，徐永钊，王立军，孙敬华，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44