MOPA激光器放大系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种采用MOPA结构的气体激光器放大系统，包括主振荡腔(MO)、功率放大腔(PA)、线宽压窄模块(LNM)、输出耦合器(1)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)，气体激光器放大系统还包括第三反射镜(6)和第四反射镜(7)，经由输出耦合器(1)从主振荡腔(MO)输出的种子光由第一反射镜(4)和第二反射镜(5)反射入功率放大腔(PA)中；第三反射镜(6)和第四反射镜(7)分别位于功率放大腔(PA)的外部的两端，并使其反射面垂直于功率放大腔(PA)的长度方向；进入功率放大腔(PA)的种子光在第三反射镜(6)和第四反射镜(7)间多次反射，从第三反射镜(6)的缺口处输出。本实用新型专利技术性能稳定、成本低廉且光路易于调整。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种采用MOPA结构的气体激光器放大系统，包括主振荡腔(MO)、功率放大腔(PA)、线宽压窄模块(LNM)、输出耦合器(1)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)，气体激光器放大系统还包括第三反射镜(6)和第四反射镜(7)，经由输出耦合器(1)从主振荡腔(MO)输出的种子光由第一反射镜(4)和第二反射镜(5)反射入功率放大腔(PA)中；第三反射镜(6)和第四反射镜(7)分别位于功率放大腔(PA)的外部的两端，并使其反射面垂直于功率放大腔(PA)的长度方向；进入功率放大腔(PA)的种子光在第三反射镜(6)和第四反射镜(7)间多次反射，从第三反射镜(6)的缺口处输出。本技术性能稳定、成本低廉且光路易于调整。【专利说明】MOPA激光器放大系统
本技术涉及一种MOP激光器放大系统，尤其适用于准分子激光器。
技术介绍
准分子激光具有短波长和大功率的特点，使其成为目前大规模半导体集成电路光刻的主要光源。随着光刻对光源输出功率和线宽要求的提高，单腔结构的准分子激光器不能同时满足高功率和窄线宽的要求。而双腔结构的主振-振荡放大技术的出现，解决了高输出功率和窄线宽不可兼得的矛盾。其基本思想是利用种子激光器产生小能量且窄线宽的种子光，注入到放大腔进行能量放大，输出大能量脉冲激光，从而得到窄线宽、大功率的优质激光束。气体激光器放大系统最先采用的是MOPA (Master oscillator power amplifier)结构。如图1所示，传统的MOPA结构的激光器放大系统包括主振荡腔MO、功率放大腔PA、线宽压窄模块LNM、输出耦合器1、四角棱镜Pl和若干反射镜(反射镜4、5)。主振荡腔(MO)用于产生种子光，线宽压窄模块(LNM)用于线宽压窄和波长调节，输出耦合器(I)用于与线宽压窄模块(LNM)构成激光器谐振腔，可见，MOPA结构的气体激光器放大系统就是将主振荡腔MO获得的小能量且窄线宽的优质种子光，在功率放大腔PA中进行一次或者两次的放大，从而得到窄线宽、大功率的优质激光输出。在MOPA结构的气体激光器放大系统中，由于种子光只有两次通过功率放大腔PA进行放大，所以放大倍率不高，为了获得更高的放大能量输出，经线宽压窄处理后的主振荡腔MO需要输出约ImJ的优质种子光传递到功率放大腔PA，同时由于线宽压窄导致的低转换效率，导致只有通过大能量的放电激励来使MO腔获得更高的能量输出，然而这种大能量的放电激励会导致主振荡腔MO的寿命明显偏低。另外，从功率放大腔PA获得的放大后的激光输出受到主振荡腔MO和功率放大腔PA放电同步抖动影响较大，从而导致激光能量输出稳定性很难提闻。传统的MOPA结构的气体激光器放大系统的功率放大腔PA中采用了一个四角棱镜，该棱镜成本非常高，加工难度大，并且其光路调整难度很高。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本技术所要解决的技术问题是现有的MOPA结构的气体激光器放大系统输出稳定性不高、元件成本高、加工难度大和光路不易调整的问题。( 二 )技术方案本技术提出一种MOPA激光器放大系统，包括主振荡腔、功率放大腔、线宽压窄模块、输出耦合器、第一反射镜、第二反射镜，其特征在于:所述气体激光器放大系统还包括第三反射镜和第四反射镜，其中，经由所述输出耦合器从所述主振荡腔)输出的种子光由第一反射镜和第二反射镜反射入所述功率放大腔中；所述第三反射镜和第四反射镜分别位于所述功率放大腔的外部的两端，并使其反射面垂直于所述功率放大腔的长度方向；所述进入功率放大腔的种子光在所述第三反射镜和第四反射镜间多次反射，从所述第三反射镜的缺口处输出。根据本技术的【具体实施方式】，所述第二反射镜的法线与功率放大腔的长度方向所成的角度为45°?46°之间。根据本技术的【具体实施方式】，所述第一反射镜与第二反射镜均为45°全反镜。根据本技术的【具体实施方式】，所述第三反射镜与第四反射镜均为0°全反镜。根据本技术的【具体实施方式】，还包括柱面镜和凹面镜，从所述输出耦合器输出的种子光依次经过柱面镜和凹面镜后入射到所述第一反射镜。根据本技术的【具体实施方式】，所述柱面镜及凹面镜共焦，以使从所述凹面镜的出射光为平行光。(三)有益效果本技术提出的MOPA结构，采用的是多程功率放大，其显著特点是种子光首先经过整形后注入放大腔，在放大腔中停留时间长，且放大腔工作在饱和状态，因此效率更高、能量更大且输出更稳定，并且不需要主振荡腔的输出很高的能量。本技术效率高、输出能量大、输出能量稳定、输出脉宽宽，并且该结构对种子光进行了整形，大幅减小了种子光的尺寸，经过功率放大腔的多程放大以后，输出光斑具有与种子光相当的尺寸，在获得大能量激光输出的同时大幅提高了输出光的能量密度。本技术用平面反射镜替代传统方案光路中加工及调整难度非常大的四角棱镜，使得光路更为简洁，光路调整难度更低，同时降低了整体结构的成本及维修成本。【专利附图】【附图说明】图1为现有技术的采用两次放大技术的传统MOPA结构的气体激光器放大系统的光路图；图2为本技术的采用四次放大技术的MOPA结构的气体激光器放大系统的光路图；图3为本技术的采用六次放大技术的MOPA结构的气体激光器放大系统的光路图；图4为本技术的采用八次放大技术的MOPA结构的气体激光器放大系统的光路图。【具体实施方式】为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术作进一步的详细说明。针对已经存在的技术方案的优点及不足之处，本技术提出了一种改进的采用MOPA结构的激光器放大系统。图2为本技术的采用四次放大技术的MOPA结构的气体激光器放大系统的一个实施例的光路图。如图2所示，该实施例的气体激光器放大系统除了包括主振荡腔MO、功率放大腔PA、线宽压窄模块LNM、输出耦合器1、第一反射镜4和第二反射镜5之外，还包括柱面镜2、凹面镜3，以及第三反射镜6和第四反射镜7。各反射镜均优选为全反射镜。该实施例中的第一反射镜4与第二反射镜5均为45°全反镜，第三反射镜6与第四反射镜7均为0°全反镜。并且，第三反射镜6和第四反射镜7分别位于功率放大腔PA的外部的两端，并使其反射面垂直于功率放大腔的长度方向(光入射端和输出端的连线方向)。经由输出耦合器I从主振荡腔MO输出的种子光依次经过柱面镜2和凹面镜3后由第一反射镜4和第二反射镜5反射入功率放大腔PA中。与图1所示的传统的激光器放大系统相比，本技术首先对主振荡腔MO输出的种子光进行整形，整形前主振荡腔MO输出的种子光为矩形，其长宽比较大，一般为5左右。本技术中，从主振荡腔MO的输出耦合器I输出的种子光首先经过一个柱面镜2，对其长方向进行聚焦，然后经过一个凹面镜3进行准直，柱面镜2及凹面镜3共焦，从而满足从凹面镜3的出射光为平行光。通过选择柱面镜2及凹面镜3的焦距，可以满足经过二者整形后的光斑为一个与原种子光宽度方向尺寸相同的正方形光斑，从而大大减小了种子光的尺寸。经过整形后的种子光，经过第一反射镜4与第二反射镜5的反射后进入功率放大腔PA，其中第一反射镜4的法线与光轴成45°角，第二反射镜5的法线与功率放大腔PA的长度方向所成的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MOPA激光器放大系统，包括主振荡腔（MO）、功率放大腔（PA）、线宽压窄模块（LNM）、第一反射镜（4）、第二反射镜（5），其特征在于：所述MOPA激光器放大系统还包括第三反射镜（6）和第四反射镜（7），其中，?经由一输出耦合器（1）从所述主振荡腔（MO）输出的种子光由第一反射镜（4）和第二反射镜（5）反射入所述功率放大腔（PA）中；?所述第三反射镜（6）和第四反射镜（7）分别位于所述功率放大腔（PA）的外部的两端，并使其反射面垂直于所述功率放大腔（PA）的长度方向；?所述反射入所述功率放大腔（PA）的种子光在所述第三反射镜（6）和第四反射镜（7）间多次反射，从所述第三反射镜（6）的缺口处输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沙鹏飞，单耀莹，丁金滨，赵江山，彭卓君，宋兴亮，李慧，鲍洋，周翊，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：实用新型
国别省市：