一种高效率的棒状激光放大器及其工作方法技术

本发明专利技术公开一种高效率的棒状激光放大器及工作方法，包括脉冲种子源、隔离调节单元、双程放大器主体和泵浦耦合控制单元，所述脉冲种子源出射激光依次经过隔离调节单元和双程放大器主体，所述隔离调节单元沿出射激光前进方向依次包括隔离器、第一半波片和第一透镜，所述双程放大器主体沿出射激光前进方向依次包括偏振分束器、45

【技术实现步骤摘要】
一种高效率的棒状激光放大器及其工作方法


[0001]本专利技术属于固体激光放大
，尤其涉及一种高效率的棒状激光放大器及其工作方法。

技术介绍

[0002]主振荡功率放大(MOPA)是常用的放大器结构，以光束质量高、脉冲能量低的激光作为种子源，设计相对独立的单级或多级放大器进行行波放大，实现高能量高光束质量输出。热效应是制约放大器性能的重要因素，影响光束质量和泵浦提取效率。为提高散热能力，人们将增益介质设计成板条、薄片和平面波导等结构，但与传统的棒状增益介质相比，这些特殊结构介质普遍加工难度较大，个别地，还带来了光路调节复杂、横向寄生振荡、光束圆度差需要整形等问题。通常单程放大能够提取的泵浦能量较低，为提高能量提取效率，可以设计让种子光多次通过的多程放大系统，但这样的多程放大系统又会导致系统复杂性的增加，不利于长期稳定使用。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种高效率的棒状激光放大器及其工作方法，具有结构简单稳定、泵浦转换效率高、输出光斑圆度高和光束质量好的优点。
[0004]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种高效率的棒状激光放大器，包括脉冲种子源、隔离调节单元、双程放大器主体和泵浦耦合控制单元，所述脉冲种子源出射激光依次经过隔离调节单元和双程放大器主体，所述泵浦耦合控制单元提供泵浦能量，所述隔离调节单元沿出射激光前进方向依次包括隔离器、第一半波片和第一透镜，所述双程放大器主体沿出射激光前进方向依次包括偏振分束器、45
°
法拉第旋转器、第二半波片、第一反射镜、增益介质、第二透镜和第三反射镜，所述泵浦耦合控制单元包括激光二极管、耦合透镜组和驱动电源。
[0005]所述隔离调节单元，沿脉冲种子源发出的脉冲激光方向依次包括滤光片、隔离器、第一半波片和第一透镜；可选地，所述滤光片用以滤除种子激光中可能存在的其它波长成分(如种子激光器中的泵浦光)；所述隔离器用以防止可能存在的后向反射光返回种子激光器造成损伤；所述第一半波片用以调节种子激光的偏振角度；所述第一凸透镜用以调节种子激光在增益介质放大时的光斑大小，使之既有较高强度以高效提取泵浦能量，又能提供足够冗余以防止放大激光超过增益介质损伤阈值。
[0006]所述双程放大结构主体，依次包括偏振分束器、45
°
法拉第旋转器、第二半波片、第一反射镜、增益介质、第二反射镜、第二透镜和第三反射镜；所述第二半波片用以调节种子激光偏振方向；所述第一反射镜和第二反射镜对种子激光波长具有高反射率，对泵浦激光波长具有高透过率；所述增益介质为棒状激光晶体，种子激光经所述第一反射镜后进入增益介质完成第一程放大；所述第二凸透镜和第三反射镜构成光学4f系统；放大激光经过所述第二反射镜、第二凸透镜和第三反射镜后，原路返回进入增益介质完成第二程放大，最终
被所述偏振分束器反射输出。
[0007]所述泵浦耦合控制单元，包括激光二极管、耦合透镜组和驱动电源；所述激光二极管作为泵浦源，其输出波长位于增益介质吸收峰内，经耦合光纤输出后进入耦合透镜组，透过所述第一反射镜后垂直入射增益介质端面，泵浦光焦点位于增益介质内部；所述耦合透镜组用以调节泵浦光，使之在增益介质内部光斑大小以与种子光斑匹配；作为优选，种子光斑与泵浦光斑大小比值大于1(定义种子光斑大小为种子激光第一次入射增益介质端面时的光斑半径，定义泵浦光斑为耦合透镜组聚焦后泵浦光腰的光斑半径)；所述驱动电源用以调节激光二极管工作电流，控制激光二极管出射的泵浦光的峰值功率、重复频率、脉冲宽度和延时等特性。
[0008]进一步，所述隔离调节单元还包括滤光片，所述滤光片设置在隔离器与脉冲种子源之间。
[0009]进一步，所述第二透镜为凸透镜，所述第二透镜与第三反射镜的距离和所述第二透镜与增益介质出射端面的距离均等于第二透镜的焦距长度。
[0010]进一步，所述双程放大器主体还包括第二反射镜，所述第二反射镜设置在增益介质和第三透镜之间。
[0011]进一步，所述第一反射镜和第二反射镜均为对种子激光波长具有高反射率和对泵浦光波长具有高透过率的反射镜。
[0012]本专利技术所采用的第二技术方案是：一种高效率的棒状激光放大器的工作方法，包括：
[0013]脉冲种子源出射激光依次经过滤光片、隔离器、第一半波片、第一透镜、偏振分束器、45
°
法拉第旋转器、第二半波片、第一反射镜、增益介质、第二反射镜、第二凸透镜和第三反射镜；
[0014]激光二极管作为泵浦源经耦合光纤输出后进入耦合透镜组，透过所述第一反射镜后垂直入射增益介质端面；
[0015]所述滤光片用于滤除出射激光中心波长外的其它成分；
[0016]所述隔离器只允许激光单向通过，用于防止后向返回光对所述脉冲种子源及其光路系统造成损害；
[0017]所述第一半波片用于调节线偏振种子光的偏振角度，使之完全透过所述偏振分束器；
[0018]所述所述第一透镜用于调节种子激光进入增益介质时的光斑半径为300μm；
[0019]所述45
°
法拉第旋转器用于将激光偏振方向旋转45
°
；
[0020]所述第二半波片用于在激光进入增益介质前调节激光偏振角度；
[0021]所述第一反射镜用于反射种子激光和透射泵浦光进入增益介质；
[0022]所述耦合透镜组用于调节泵浦光；
[0023]所述驱动电源用于调节激光二极管工作电流。
[0024]进一步，所述驱动电源控制激光二级管出射重复频率与种子激光相同的泵浦脉冲。
[0025]进一步，在所述增益介质放大时，种子光斑与泵浦光斑大小比值大于1。
[0026]本专利技术方法及系统的有益效果是：本专利技术采用端面泵浦棒状激光介质放大方式使
得输出光斑圆度高，无需光束整形，还通过采用双程放大方式使得结构简单紧凑，适于长期稳定使用，另外，采用激光二极管脉冲泵浦方式以减少泵浦光额外消耗，降低热效应，提高泵浦光转换效率。
附图说明
[0027]图1是本专利技术具体实施例一种高效率的棒状激光放大器的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术具体实施例一种高效率的棒状激光放大器输出放大激光的光束质量测量图及近远场光斑形貌图。
[0029]附图标记：1、脉冲种子源；2、滤光片；3、隔离器；4、第一半波片；5、第一透镜；6、偏振分束器；7、45
°
法拉第旋转器；8、第二半波片；9、第一反射镜；10、增益介质；11、第二反射镜；12、第二凸透镜；13、第三反射镜；14、耦合透镜组；15、激光二级管；16驱动电源；
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0031]如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效率的棒状激光放大器，其特征在于，包括脉冲种子源、隔离调节单元、双程放大器主体和泵浦耦合控制单元，所述脉冲种子源出射激光依次经过隔离调节单元和双程放大器主体，所述泵浦耦合控制单元提供泵浦能量，所述隔离调节单元沿出射激光前进方向依次包括隔离器、第一半波片和第一透镜，所述双程放大器主体沿出射激光前进方向依次包括偏振分束器、45
°
法拉第旋转器、第二半波片、第一反射镜、增益介质、第二透镜和第三反射镜，所述泵浦耦合控制单元包括激光二极管、耦合透镜组和驱动电源。2.根据权利要求1所述一种高效率的棒状激光放大器，其特征在于，所述隔离调节单元还包括滤光片，所述滤光片设置在隔离器与脉冲种子源之间。3.根据权利要求2所述一种高效率的棒状激光放大器，其特征在于，所述第二透镜为凸透镜，所述第二透镜与第三反射镜的距离和所述第二透镜与增益介质出射端面的距离均等于第二透镜的焦距长度。4.根据权利要求3所述一种高效率的棒状激光放大器，其特征在于，所述双程放大器主体还包括第二反射镜，所述第二反射镜设置在增益介质和第二透镜之间。5.根据权利要求4所述一种高效率的棒状激光放大器，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜均为对种子激光波长具有高反射率和对泵浦光波长具有高透过率的反射镜。6.一种高效率的棒状激光放大器的工作方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦中兴，何秋润，张宝夫，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：