一种大能量百ns脉冲宽度的1.0μm激光放大系统，该系统采用1.0μm的DFB半导体激光器作为种子源，以获得高稳定性、单频激光输出。利用光纤放大模块进行斩波，通过声光调制器把连续种子源斩成上升沿为洛伦兹波形的脉冲激光，最后通过后级固体放大模块的放大效应把激光脉冲的宽度持续展宽，以获得脉冲宽度大于百ns以上的1.0μm脉冲激光。本发明专利技术保证了1.0μm激光的单频性和稳定性，通过激光放大效应使激光脉冲宽度逐级展宽的特性，为相干探测雷达采用1.0μm的激光光源提供了新的技术路线。
A 1.0 \u03bc m single frequency laser amplification system with high energy and 100 ns pulse width
【技术实现步骤摘要】
大能量百ns脉冲宽度1.0μm单频激光放大系统
本专利技术涉及全固态激光器，特别是一种大能量百ns脉冲宽度1.0μm单频激光放大系统。
技术介绍
目前激光器已成为现代科学技术用于探索发现和解决工程问题必不可少的工具。这对激光器的输出性能越来越高，比如单频性、高光束质量、大能量输出和不同脉冲宽度等。特别是Nd:YAG晶体产生的1.0μm激光，由于该激光器的成熟度很高，该激光器的应用领域越来越广泛，对能量的需求也越来也高。目前要获得大能量的1.0μm脉冲激光的技术途径，基本上都是通过固体放大系统逐级对脉冲激光持续放大以得到大能量输出。其中主要的放大系统采用的是振荡级加放大模块的技术方案，该方案中振荡级输出mJ甚至几十mJ的能量直接进入固体放大模块进行能量放大，但是该放大系统中振荡级的稳定性和单频性的控制比较困难，系统比较复杂，而且激光的脉冲宽度和波形完全由振荡级决定，限制了主放大过程中放大后的脉冲波形的宽度和形状。另外，在大能量的1.0μm脉冲激光放大过程中，传统的放大系统中激光脉冲宽度会随着放大过程激光能量的逐级增大而输出的激光脉冲宽度会逐步变窄，目前百mJ能量的1.0μm激光的脉冲宽度都在100ns以下，但是激光脉冲宽度超过100ns的大能量1.0μm激光却有着重要的应用价值。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种大能量百ns脉冲宽度的1.0μm激光放大系统，采用声光调制器把连续种子源斩成上升沿为洛伦兹波形的脉冲激光，首先通过光纤模块使激光能量预放大，再经过固体放大模块逐级放大激光能量和展宽脉冲宽度，最终获得百mJ甚至接近焦耳量级、激光脉冲可以从100ns到500ns宽度的1.0μm大能量长脉冲宽度的激光输出，整个系统中没有激光器振荡级，最初一级是从连续种子源开始的，保证了整个放大系统的单频性和稳定性，为激光雷达在相干探测方面提供更高效、系统更简单紧凑的激光光源，特别是该放大系统能够输出百ns以上的脉冲宽度的激光，这为相干测风雷达提供了新的技术途径。本专利技术的技术解决方案如下：一种大能量百ns脉冲宽度的1.0μm激光放大系统，其特点在于，包括连续DFB半导体种子源、LD泵浦源、双程前放大模块和三级主放大模块，沿所述的连续DFB半导体种子源的种子光输出方向依次是第一隔离器、第一声光调制器、单模光纤模块、第二个声光调制器、双包层光纤放大模块、第二隔离器、45°的1.0μm激光全反镜和直角棱镜，激光经所述的直角棱镜反射进入Nd:YVO4晶体，通过双色镜使激光又返回到Nd:YVO4晶体中进行双程放大，所述的LD泵浦源出射的泵浦光经透镜和透镜组成的耦合系统进入所述的Nd:YVO4晶体中，放大后的脉冲激光经过所述的直角棱镜反射进入由二分之一波片、PBS、布儒斯特角切割的Nd:YAG板条晶体、0.57波片和porro镜组成的双程前放大模块，激光能量进一步放大后透过所述的PBS输出；经所述的双程前放大模块放大后的脉冲激光，依次经过镀有1.0μm高反膜45°第一反射镜、第二反射镜、第三隔离器进入所述的布儒斯特角切割主放一级的Nd:YAG板条晶体进行主放一级放大；经主放一级放大后的激光依次经过由凹透镜和凸透镜组成的扩束系统、镀有1.0μm高反膜45°第三反射镜和镀有1.0μm高反膜27°第四反射镜进入所述的主放二级Nd:YAG板条晶体进行主放二级放大；主放二级放大后的激光依次经过镀有1.0μm高反膜27°的第五反射镜、由凹透镜和凸透镜组成的扩束系统、镀有1.0μm高反膜27°第六反射镜进入所述的主放三级Nd:YAG板条晶体进行最终的脉冲能量放大。所述的连续DFB半导体种子源输出激光的线宽小于2MHz。所述的Nd:YVO4晶体是0.25％低掺杂浓度的Nd:YVO4晶体，两个通光端面切割成1°～5°，以防止晶体内部产生自激振荡，所述的Nd:YVO4晶体两个通光端面的键合尺寸为4x4x(2mmYVO4+12mmNd:YVO4+2mmYVO4)，所述的LD泵浦源是带尾纤输出，中心波长为808nm或880nm。所述的Nd:YAG板条晶体的切割角为布儒斯特角，尺寸为3x3x45mm3。所述的主放一级Nd:YAG板条晶体的晶体尺寸为6x6x113mm3。所述的主放二级Nd:YAG板条晶体的晶体尺寸为6x8x126mm3。所述的主放三级Nd:YAG板条晶体(33)的晶体尺寸为8x10x136mm3。最终整个激光放大系统实现激光能量放大到百mJ甚至接近焦耳量级，激光脉冲可以从100ns到500ns宽度的1.0μm大能量长脉冲宽度的单频激光输出。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术中采用从最初的DFB半导体激光器作为种子源，线宽小于2MHz，而且整个放大系统中没有激光振荡腔，保证了整个放大系统的单频性和稳定性。2、本专利技术采用光纤放大模块预防大技术方案，对DFB半导体种子源可斩成上升沿为洛伦兹波形的脉冲激光，通过光纤放大模块的高增益特性使最初的低能量得到快速放大，为固体放大模块提供更高的输入信号能量，提高整个放大系统的效率。而且激光脉冲的上升沿斩成洛伦兹波形，为后续的固体放大模块在放大过程中逐级展宽脉冲宽度提供了可行性。3、本专利技术采用低掺杂浓度的Nd:YVO4晶体作双程放大模块，利用该晶体的高增益特性，提高了整个系统的放大效率。而且Nd:YVO4晶体两个通光端面切割成1°～5°，并且两个端面进行键合，能够防止晶体内部产生自激振荡及消除了双端面由热透镜引起的热形变效应。4、本专利技术采用尺寸为3x3x45mm3的Nd:YAG板条晶体双程前放大模块中，用porro镜当作全反镜，保证激光原路返回到Nd:YAG板条晶体中的同时也提高了激光光路的稳定性，只利用单个0.57波片来改变激光90°偏振方向和补偿，由于porro镜引起的退偏效应，降低了系统的复杂性。5、本专利技术主放大模块中的晶体均采用板条晶体，泵浦方式均采用了全反点泵浦技术，提高了整个放大系统的放大效率和输出激光的光束质量。而且前端输入的上升沿为洛伦兹波形的脉冲激光，通过固体主放大模块的放大效应，激光的脉冲宽度可以得到逐级展宽，最终能够获得几百ns脉冲宽度大能量单频激光输出。附图说明图1是本专利技术大能量百ns脉冲宽度的单频1.0μm激光器的结构示意图。具体实施方式如图1所示，由图可见，本专利技术大能量百ns脉冲宽度的1.0μm激光放大系统，包括连续DFB半导体种子源1、LD泵浦源14、双程前放大模块和三级主放大模块，沿所述的连续DFB半导体种子源1的种子光输出方向依次是第一隔离器2、第一声光调制器3、单模光纤模块4、第二个声光调制器5、双包层光纤放大模块6、第二隔离器7、45°的1.0μm激光全反镜8和直角棱镜9，激光经所述的直角棱镜9反射进入Nd:YVO4晶体10，通过双色镜11使激光又返回到Nd:YVO4晶体10中进行双程放大，所述的LD泵浦源14出射的泵浦光经透镜12和透镜13组成的耦合系统进入所述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大能量百ns脉冲宽度的1.0μm激光放大系统，其特征在于，包括连续DFB半导体种子源(1)、LD泵浦源(14)、双程前放大模块和三级主放大模块，/n沿所述的连续DFB半导体种子源(1)的种子光输出方向依次是第一隔离器(2)、第一声光调制器(3)、单模光纤模块(4)、第二个声光调制器(5)、双包层光纤放大模块(6)、第二隔离器(7)、45°的1.0μm激光全反镜(8)和直角棱镜(9)，激光经所述的直角棱镜(9)反射进入Nd:YVO
【技术特征摘要】
1.一种大能量百ns脉冲宽度的1.0μm激光放大系统，其特征在于，包括连续DFB半导体种子源(1)、LD泵浦源(14)、双程前放大模块和三级主放大模块，
沿所述的连续DFB半导体种子源(1)的种子光输出方向依次是第一隔离器(2)、第一声光调制器(3)、单模光纤模块(4)、第二个声光调制器(5)、双包层光纤放大模块(6)、第二隔离器(7)、45°的1.0μm激光全反镜(8)和直角棱镜(9)，激光经所述的直角棱镜(9)反射进入Nd:YVO4晶体(10)，通过双色镜(11)使激光又返回到Nd:YVO4晶体(10)中进行双程放大，所述的LD泵浦源(14)出射的泵浦光经透镜(12)和透镜(13)组成的耦合系统进入所述的Nd:YVO4晶体(10)中，
放大后的脉冲激光经过所述的直角棱镜(9)反射进入由二分之一波片(15)、PBS(16)、布儒斯特角切割的Nd:YAG板条晶体(17)、0.57波片(18)和porro镜(19)组成的双程前放大模块，激光能量进一步放大后透过所述的PBS(16)输出；
经所述的双程前放大模块放大后的脉冲激光，依次经过镀有1.0μm高反膜45°第一反射镜(20)、第二反射镜(21)、第三隔离器(22)进入所述的布儒斯特角切割主放一级的Nd:YAG板条晶体(23)进行能量放大；
经主放一级放大后的激光依次经过由凹透镜(24)和凸透镜(25)组成的扩束系统、镀有1.0μm高反膜45°第三反射镜(26)和镀有1.0μm高反膜27°第四反射镜(27)进入所述的主放二级Nd:YAG板条晶体(28)进行主放二级放大；
主放二级放大后的激光依次经过镀有1.0μm高反膜27°的第五反射镜(29)、由凹透镜(30)和凸透镜(31...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明建，陈卫标，侯霞，于真真，钟朝阳，谢可迪，周翠芸，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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