一种碟片固体激光放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种碟片固体激光放大器，包括：碟片晶体单元，反射单元、直角反射镜和2n个反射聚焦单元，每个反射聚焦单元由一个透镜和一个直角棱镜构成，且各个反射聚焦单元中透镜的一个焦点互相重合；两个反射聚焦单元构成一对，其透镜的轴线关于碟片晶体中心的法线对称；碟片晶体单元的中心位于每个反射聚焦单元重合的焦点处；反射单元位于反射聚焦单元周围，用于光的导入与导出；直角反射镜位于反射聚焦单元中的透镜与直角棱镜之间，直角反射镜的两光学反射面与直角棱镜斜面夹角为45度。本发明专利技术通过相互串接的碟片晶体以及透镜‑直角透镜组合来对种子光进行放大，由此解决现有技术中种子光放大次数低，光束质量差的技术问题。

Disc solid state laser amplifier

The invention discloses a disc solid laser amplifier, including: the disc crystal unit, reflecting unit, rectangular mirror and 2n reflection focusing unit, each unit is composed of a reflection focusing lens and a rectangular prism, a focusing unit and each reflection focus lens coincide with each other; the two reflection focusing unit form a pair, the normal axis of symmetry of its lens on the disc crystal center; the focus is located in the center of the disc crystal unit of each reflection focusing unit overlap; reflection unit located around the reflective focusing unit, for the import and export of light; rectangular mirror located between the lens and the rectangular prism reflection focusing unit, rectangular mirror the two optical reflector and a rectangular prism slant angle of 45 degrees. The invention is connected in series by the disc crystal and lens rectangular lens combination to seed light amplification, which solves the seed light amplification frequency is low, the poor quality of the technical problems of beam.

【技术实现步骤摘要】
一种碟片固体激光放大器
本专利技术属于激光
，更具体地，涉及一种碟片固体激光放大器。
技术介绍
碟片固体激光放大器是一种新型的固体激光放大器，该装置能够将一束高质量的种子光多次通过处于粒子数反转状态下的碟片晶体，从而使输出的光束既具备种子光的高质量，又能够获得较高的功率和能量。碟片固体激光放大器与其它激光放大器的本质区别就在于其激光工作物质为碟片晶体，碟片晶体的厚度很薄，约为100μm～400μm，直径约为5mm～30mm，其上表面镀有对泵浦光与入射种子光的高增透膜，下表面镀有对泵浦光和种子光的高反膜，并封装在金属热沉上。通过对热沉背面高效的冷却，实现了一维的温度梯度，极大地减小了碟片晶体的热畸变，从而保证了入射种子光在光放大的过程中，保持较好的光束质量。碟片激光放大系统器可分为再生式碟片激光放大系统和多程式碟片激光放大系统。其中多程式碟片激光放大系统的机理就是通过在泵浦结构外面仅搭建反射单元、透镜组合实现种子光多次通过处于粒子数反转状态的碟片晶体，从而实现高能输出。CN103996965公开了一种基于双碟片串接的激光多程放大器，该激光放大器的性能受到抛物镜的尺寸和参数的限制，从而具有下列缺点：第一、由于抛物镜的尺寸影响泵浦光的反射位点，使得该放大器的放大次数受限，最高只能实现40次的放大；其次，该放大器只能为事先限定的放大次数定制抛物镜面，无法在原有的放大结构上进行扩充，也无法根据种子光的光斑大小进行适应性调整，且抛物镜面的尺寸的微小误差即会影响放大器的性能；第三、在该放大器中，种子光和泵浦光都在共轭双抛物面镜上进行反射，而抛物镜面的受热会影响泵浦光的光斑形状，从而影响碟片晶体的放大性能，进而使放大器输出的种子光的光束质量变差。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种碟片固体激光放大器，其目的在于通过相互串接的碟片晶体以及透镜-直角透镜组合来对种子光进行放大，由此解决现有技术中种子光放大次数低，光束质量差的技术问题。本专利技术提供了一种碟片固体激光放大器，包括：碟片晶体单元，反射单元、直角反射镜和2n个反射聚焦单元，每个反射聚焦单元由一个透镜和一个直角棱镜构成，且各个反射聚焦单元中透镜的一个焦点互相重合；两个反射聚焦单元构成一对，其透镜的轴线关于碟片晶体中心的法线对称；所述碟片晶体单元的中心位于每个反射聚焦单元重合的焦点处；所述反射单元位于所述反射聚焦单元周围，用于光的导入与导出；所述直角反射镜位于所述反射聚焦单元中的透镜与直角棱镜之间，所述直角反射镜的两光学反射面与直角棱镜斜面夹角为45度，n为大于等于2的整数。更进一步地，所述碟片晶体单元包括：薄片状碟片晶体，用于将种子光进行放大。更进一步地，所述反射单元包括：入射单元、出射单元和中间单元，所述入射单元用于将入射的种子光的传播方向反射为平行于透镜的光轴方向，所述出射单元用于将放大后的种子光反射后导出，所述中间单元用于将从某一对反射聚焦单元出射的光导入到另外一对反射聚焦单元。更进一步地，当直角棱镜C2的初始状态为直角棱镜C1与直角棱镜C2关于碟片单元反射面轴线L0平面对称时，轴线L2与轴线L0之间夹角β为(arccot(D/2f)，π/2)，其中，D为透镜B2的直径，f为透镜组B2焦距。更进一步地，透镜B2的光轴与直角棱镜C2横截面对称轴两平行线的间距为d，d小于等于透镜的半径。更进一步地，碟片晶体放大的次数N与间距d和直角棱镜斜边长度L之间关系为：当d＝L/2n(n＝1，2，3….)时，碟片晶体放大的次数为N＝2*(2n+1)次；当d＝L/(2n+1)(n＝1，2，3….)时，碟片晶体放大的次数为N＝2*(2n+2)次；当L/(2n+1)＜d＜L/2n(n＝1，2，3….)时，棱镜对内平行传输的光线分为两个部分，分别对应d＝L/2n和d＝L/(2n+1)时光束的传输特性。更进一步地，碟片晶体放大的次数与θ之间的关系为；如果θ可以被π整除那么m的值取1，如果θ不能被π整除，则改变m的数值使其满足整除关系；θ为锐角或直角。更进一步地，所述碟片固体激光放大器还包括：泵浦光发生单元，所述泵浦光发生单元用于向碟片晶体发出泵浦光，使得传播至碟片晶体的种子光的能量放大。更进一步地，所述碟片晶体的前表面具有增透膜，所述碟片晶体的后表面具有反射膜。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术通过将透镜与直角棱镜交错设置构成反射聚焦单元，种子光的传播路径跟设定的器件偏移参数相关，从而延长了种子光的传播路径，增加了种子光的放大次数，经验证，放大次数可达40次以上；(2)种子光的传播路径不受器件尺寸的严格限制，可通过器件的位置或者角度的调整纠正器件尺寸与种子光光斑大小的不符合，灵活性更高。(3)通过调整碟片晶体单元与透镜光轴的夹角，以及透镜的光轴与对应直角棱镜横截面对称轴的间距，可以使得种子光在透镜表面的光斑分散，避免了透镜的热畸变效应；(4)仅仅需要一对反射聚焦单元就可以将光线束缚其中并且不断经过碟片晶体被放大，大大节省了实验器材和缩小了激光器体积空间。如果需要更大的放大倍数，可在另外的维度上扩大透镜上的光斑的分布，让透镜表面尽可能分布光斑；或者增加更多对反射聚焦单元，具体可见实施例；(5)本专利技术通过将碟片晶体设置在透镜的焦点处，可以保证在碟片晶体处的光的光斑尺寸在每次放大过程相同，保证了种子光和泵浦光模式的最佳匹配，可最大限度的提取泵浦光的能量，实现最高的放大效率和输出光质量。附图说明图1是碟片晶体单元与反射聚焦单元间位置关系示意图；图2是反射聚焦系统中直角棱镜初始位置平面示意图图3是实施例1的单碟片种子光多程传输系统平面示意图；图4是实施例1放大系统的空间示意图；图5是实例1种子光在各透镜表面和直角棱镜路迹顺序图；图6是实施例2的单碟片种子光多程传输系统平面示意图；图7是实施例2放大系统的空间示意图；图8是实例2种子光在各透镜表面和直角棱镜路迹顺序图；图9是实施例3放大系统的空间示意图；图10是实施例3放大系统的空间示意图；图11是实例3种子光在各透镜表面和直角棱镜路迹顺序图；图12是实施例4放大系统的空间示意图；图13是实例4种子光在各透镜表面和直角棱镜路迹顺序图。所有附图中，A代表碟片晶体，B1代表第一反射聚焦单元透镜，B2代表第二反射聚焦单元透镜，C1代表第一反射聚焦单元直角棱镜，C2代表第二反射聚焦单元直角棱镜，I代表入射口，O代表出射口，R0代表直角反射镜，M1代表入射单元处的反射镜，M2代表出射单元处的反射镜，B3代表第三反射聚焦单元透镜，B4代表第四反射聚焦单元透镜，C3代表第三反射聚焦单元直角棱镜，C4代表第四反射聚焦单元直角棱镜，M3-M6为反射单元的中间单元的反射镜。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种碟片固体激光放大器，其目的在于通过相互串接的碟片晶体以及透镜-直角透镜组合来对种子光进行放大，由此解决现有技术中种子光放大次数低，光束质量差的技术问题，为了实现上述目的，按照本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碟片固体激光放大器，其特征在于，包括：碟片晶体单元，反射单元、直角反射镜和2n个反射聚焦单元，每个反射聚焦单元由一个透镜和一个直角棱镜构成，且各个反射聚焦单元中透镜的一个焦点互相重合；两个反射聚焦单元构成一对，其透镜的轴线关于碟片晶体中心的法线对称；所述碟片晶体单元的中心位于每个反射聚焦单元重合的焦点处；所述反射单元位于所述反射聚焦单元周围，用于光的导入与导出；所述直角反射镜位于所述反射聚焦单元中的透镜与直角棱镜之间，所述直角反射镜的两光学反射面与直角棱镜斜面夹角为45度，n为大于等于2的整数。

【技术特征摘要】
1.一种碟片固体激光放大器，其特征在于，包括：碟片晶体单元，反射单元、直角反射镜和2n个反射聚焦单元，每个反射聚焦单元由一个透镜和一个直角棱镜构成，且各个反射聚焦单元中透镜的一个焦点互相重合；两个反射聚焦单元构成一对，其透镜的轴线关于碟片晶体中心的法线对称；所述碟片晶体单元的中心位于每个反射聚焦单元重合的焦点处；所述反射单元位于所述反射聚焦单元周围，用于光的导入与导出；所述直角反射镜位于所述反射聚焦单元中的透镜与直角棱镜之间，所述直角反射镜的两光学反射面与直角棱镜斜面夹角为45度，n为大于等于2的整数。2.如权利要求1所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，所述碟片晶体单元包括：薄片状碟片晶体，用于将种子光进行放大。3.如权利要求1或2所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，所述反射单元包括：入射单元、出射单元和中间单元，所述入射单元用于将入射的种子光的传播方向反射为平行于透镜的光轴方向，所述出射单元用于将放大后的种子光反射后导出，所述中间单元用于将从某一对反射聚焦单元出射的光导入到另外一对反射聚焦单元。4.如权利要求1-3任一项所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，当直角棱镜C2的初始状态为直角棱镜C1与直角棱镜C2关于碟片单元反射面轴线LU平面对称时，轴线L2与轴线L0之间夹角β为(arccot(D/2f)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广志，余金波，陈永骞，朱晓，王海林，宋恩茂，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42