通过对放大介质进行同源泵浦来放大激光束制造技术

本发明专利技术公开了一种用于通过对穿越放大介质的同源合成源光束进行泵浦来放大激光束的设备及方法。经由具有激光二极管条和光学组件的泵浦模块对板(晶体活动介质)进行侧泵浦。光学组件具有快轴准直器(在快轴上的透镜)和慢轴准直器阵列(在慢轴上的透镜)。使透镜分隔开来，以使由发射器发射的单个源光束在放大介质的第一面上进行成像；单个源光束在第一面处或第一面附近具有光束腰；调整单个源光束的大小以填充第一面；使源光束在第一面上基本重叠；对单个源光束进行引导，以使外围源光束在进入放大介质时进行全内反射。还描述了多个激光二极管条的实施例、光学组件的实施例以及双侧泵浦装置的实施例。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于通过对穿越放大介质的同源合成源光束进行泵浦来放大激光束的设备及方法。经由具有激光二极管条和光学组件的泵浦模块对板(晶体活动介质)进行侧泵浦。光学组件具有快轴准直器(在快轴上的透镜)和慢轴准直器阵列(在慢轴上的透镜)。使透镜分隔开来，以使由发射器发射的单个源光束在放大介质的第一面上进行成像；单个源光束在第一面处或第一面附近具有光束腰；调整单个源光束的大小以填充第一面；使源光束在第一面上基本重叠；对单个源光束进行引导，以使外围源光束在进入放大介质时进行全内反射。还描述了多个激光二极管条的实施例、光学组件的实施例以及双侧泵浦装置的实施例。【专利说明】通过对放大介质进行同源泵浦来放大激光束
本专利技术涉及一种用于通过对穿越放大介质的同源合成源光束进行栗浦来放大激光束的设备及方法。
技术介绍
具有小于1ps脉冲宽度的激光器为微加工工业领域提供新的加工能力。然而，大量制造的加工速度需要10kHz到1MHz之间的脉冲重复频率，且可调节到具有超过100W平均功率的优化频率。通常，由于最大脉冲能量受非线性效应限制，以及激光晶体的破坏，因此对于大多数激光体系结构，这样的组合条件不可达到。薄片激光振荡器已达到接近150W的功率，该功率在要求的功率范围的下限内，但是，固定脉冲重复频率在3.5MHz和60MHz之间，在要求的范围之上，为了特定的加工，并不能简单地将它们调整到优化频率，同时保持平均功率。目前，使用主振荡功率放大(ΜΟΡΑ ’ s)来获得所需的高平均功率。在这样的设备中，低功率激光主振荡器产生所需宽度的脉冲，这些所需宽度的脉冲在功率放大器O中耦合。输入脉冲在放大器中激发发射，该发射添加到输入脉冲用于产生更高的输出能量脉冲。由于强度和密度都明显低于具有类似输出的振荡器所达到的，该设备在破坏发生之前能实现更高输出功率和能量。目前，MOPA’s在许多选择激光体系结构中应用。在这些设置的每个装置中，一个固态晶体介质形成通常经由一个或多个激光二极管条来进行栗浦的放大器的活性区域。激光二极管条为具有快轴和慢轴的发射器的线性阵列，快轴指的是光束迅速发散的垂直轴(垂直于半导体薄片)，慢轴平行于条的表面。慢轴(X轴)与快轴(y轴)互相垂直并且都正交于栗浦轴(z轴)。如果想要设备在稳定的模式和功率下高效运行，正确地将来自发射器的能量耦合到固态激光介质中是非常重要的，这是任何工业激光系统的先决条件。耦合技术必须确保在沿着垂直于栗浦轴的方向和沿着栗浦轴的方向都进行近乎一致地吸收和加热。在4级激光系统(例如Nd: YAG)中，通过热产生的折射率分布可导致光束控制失真、模式失真以及去极化。虽然通过选择晶体几何结构(例如薄片或平面波导)可减少这些效应中的一些，但是不能将他们完全消除。此外，在准3级系统(例如Yb:YAG)中，如果未对晶体进行统一地栗浦，则室温下的有限激光下能级粒子数可引起不需要的吸收区。由DanielKopf申请的欧洲专利1318578描述了针对再生放大器的栗浦系统，其中通过在未聚焦到激光介质的大致一点的情况下对一个或多个阵列的每个发射物进行成像，来从激光二极管阵列源或多个阵列中获得合适的基本光滑的激光二极管栗浦点。由于未聚焦相对低的宽深比，因此二极管光束在增益介质的表面得到密度相对低的点，这阻止了再生放大器设置过程中由更高的密度导致的热损伤和其他问题。图1中详细描述了EP1318578的栗浦方案。在激光二极管条A的快轴上，以柱面透镜形式呈现的快轴准直器B(焦距fl在0.2-lmm之间)位于与激光二极管发射器C相距fl的位置。这样可以瞄准在快轴上强烈发散的光。在慢轴上，焦距为f2的柱面透镜D位于与二极管发射器C相距f2的位置。此透镜仅在慢轴上起作用。此透镜用于瞄准在慢轴上的光束并实现了由阵列中的单个发射器发射的光束之间的基本重叠。通过交替地轻微变换柱面透镜的位置，可使光束在慢轴上彼此邻近。重要地，光束在快轴上并未聚焦。此栗浦方案的目的在于产生接近圆形的或低宽深比的光束，相比于MOPA’s中采用的薄板或平面波导结构，该光束在具有薄片活性区的再生放大器中使用的增益介质的表面处具有平滑分布。需要光束的低宽深比和分布来防止不需要的孔径作用以及非一致的加热效应。为了产生平滑分布，在慢轴上的柱面透镜不会对光束进行成像而是会产生来自焦距为f 2的透镜的远场分布，该远场分布为近场的傅里叶变换。此装置的缺点在于活性区内的增益有限，因此ΜΟΡΑ’s需要复杂的再生放大器。根据公知的比尔定律，已知的是栗浦光束在进入晶体后即被吸收，Icmt= Iinexp(-aZ)，其中Imjt为输入光束密度Iin和穿过以吸收系数Cl为特征的吸收介质的距离Z共同作用所得的光束密度。为了克服此光束栗浦密度中的指数式衰减，已提出双栗浦装置。可在例如来自EdgeWave GmbH(德国)且如图2所示的市售INN0SLAB放大器中找到双栗浦装置。栗浦方案位于轮廓框内。图2示出了具有两个平面激光二极管条E，F的双重设计，激光晶体G上的每次入射都沿着与放大的或振荡的种子光束的传播轴共线的栗浦轴的方向穿过反面。在快轴上，利用具有合适的放大倍数的望远镜将光束直接成像在晶体上，以产生高度通常在晶体高度的20%至50%的栗浦带。在慢轴上，将光束聚焦到平面波导H上。然后在通过波导时将多个发射光束进行“混合”，从而输出更同源的或更一致的分布。然后采用合适的放大倍数，可将同源的光束成像至晶体上，从而可对晶体的宽度进行一致地栗浦。此方法的主要缺点在于部件复杂以及设备占地较大(通常为500mm乘以500mm)。占地决大部分取决于栗浦同源光学器件和波导的大小和复杂度，而不是晶体或栗浦二极管本身。此外，由于栗浦轴与种子光束的传播轴同线，因此需要附加的光学器件来对彼此相关的栗浦光束和种子光束进行重新引导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于通过对穿越放大介质的同源合成源光束进行栗浦来放大激光束的设备和方法，其克服了现有技术中的至少某些缺点。本专利技术的至少一个实施例的另一个目的在于提供一种激光放大器，该激光放大器将光学双栗浦激励的单晶体板活性区域包括在比现有技术更简单、更紧凑的装置中。根据本专利技术的第一个方面提供了一种用于放大激光束的设备，包括:放大介质，其具有设置有第一面的矩形截面，所述第一面具有长边和短边，其中长边沿X轴，短边沿y轴，Z轴定义为直角坐标系内的栗浦轴；以及栗浦模块，所述栗浦模块包括:栗浦光束，所述栗浦光束为由发射器发射的源光束的合成，所述发射器排列成具有平行于所述X轴的慢轴和平行于y轴的快轴的线性阵列；以及位于所述发射器和所述放大介质的第一面之间的光学组件；所述光学组件具有:邻近所述发射器并设置为作用于栗浦光束的快轴上的第一透镜、慢轴上的具有设置为作用于单个源光束的各个第二透镜的第二透镜阵列以及与所述第一透镜和所述第二透镜间隔且设置为作用于所述栗浦光束的第三透镜；其中，在所述第一面处重叠的单个源光束被成像并被调节大小以沿慢轴上的长边来填充所述第一面，并且所述单个源光束被聚焦到尺寸小于快轴上的短边的长度的光束上；从而提供了对所述放大介质的同源栗浦，并且将对沿着正交于所述栗浦光束的方向穿过所述放大介质的激光束进行均匀放大。在这种方式下，快轴和慢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于放大激光束的设备，包括：放大介质，其具有设置有第一面的矩形截面，所述第一面具有长边和短边，其中，长边沿x轴，短边沿y轴，z轴定义为直角坐标系内的泵浦轴；以及泵浦模块，所述泵浦模块包括：泵浦光束，所述泵浦光束为由发射器发射的源光束的合成，所述发射器排列成具有平行于所述x轴的慢轴和平行于y轴的快轴的线性阵列；以及位于所述发射器和所述放大介质的第一面之间的光学组件；所述光学组件具有：邻近所述发射器并设置为作用于泵浦光束的快轴上的第一透镜、慢轴上的具有设置为作用于单个源光束的各个第二透镜的第二透镜阵列以及与所述第一透镜和所述第二透镜间隔且设置为作用于所述泵浦光束的第三透镜；其中，在所述第一面处重叠的单个源光束被成像并被调节大小以沿慢轴上的长边来填充所述第一面，并且所述单个源光束被聚焦到尺寸小于快轴上的短边的长度的光束上；从而提供了对所述放大介质的同源泵浦，并且将对沿着正交于所述泵浦光束的方向穿过所述放大介质的激光束进行均匀放大。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：霍华德·约翰·贝克，詹森·罗伯特·李，本杰明·斯图尔特·富尔福德，戴维·詹姆斯·路易斯·伯金，
申请(专利权)人：罗芬新纳英国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB