高功率激光放大器头制造技术

本发明专利技术涉及一种激光放大器头(TL)，该激光放大器头包括布置在壳体(C)中的固态激光有源介质的多个圆板(DA1、DA2、DA3)，该板彼此平行地布置，它们的主表面彼此面对，其中，该壳体设置有：用于冷却液体的入口端口(PEL)和出口端口(PSL)，以及允许激光束(FLS)穿过所述激光有源介质圆板的至少一个窗口，该激光放大器头还包括：机械连接装置(A)，其允许所述激光有源介质板在与它们的厚度方向(z)垂直的平面(xy)中相对于所述激光束循环移动；以及‑‑冷却液体导流圆板(PGL1、PGL2、PGL3)，其被布置在所述激光有源介质圆板的延伸部中，在所述激光有源介质板与所述液体的入口端口之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率激光放大器头本专利技术涉及一种固态激光放大器头，该固态激光放大器头旨在用于高功率(平均功率在1kW或更大的量级，脉冲在1J或更大的量级)。根据本专利技术的激光头特别适合于实现激光放大器，但也可以放置在光腔内以便实现振荡器或再生放大器。在固态激光器的设计中，特别是在高功率下工作时，有源介质的冷却是特别重要的。实际上，过高的温度不利地影响激光束的放大能力和光学质量(热透镜效应、有源介质的变形)以及它的偏振(应力引起的双折射)，并且甚至可以引起有源介质的退化或破裂。已知的是，将有源介质成形为板或盘的形式，通常具有小于或甚至远小于其横向尺寸的十分之一的厚度。然后可以以多种方式进行冷却：-通过安装，连接到内部冷却回路。-通过背面、反射表面，其需要非常小厚度的有源介质(通常300微米)，因此需要大量(通常12或更多)通道。这对于更大的厚度称为“薄盘”技术或“有源镜”技术。例如，参见[1a]、[1b]、[1c]。-通过将流体入射在盘的主表面上；这种流体最通常是气体，但有时也可以是液体。例如，文献[2]描述了一种激光振荡器，其有源介质由两个薄板Nd:YAG形成，这两个薄板相对于激光束的光路以布儒斯特角倾斜，并且在它们之间形成一个角度，浸没在冷却液体的流动中。文献[3]和文献[4]描述了激光振荡器，其有源介质由具有毫米量级的厚度的盘堆叠形成，冷却液体(D2O)在盘之间的空间中流动。还已知的是，使与激光束的直径相比具有大尺寸的有源介质旋转，激光束相对于旋转轴线偏移。然后将热量储存在更大的体积中并在更大的表面上进行交换，从而大大降低了技术效果。在这方面，参见[5]、[6]和[7]。本专利技术的目的是提供一种激光放大器头，其提供比根据现有技术的激光放大器头更有效的冷却，从而允许实现更高的功率电平，而不会降低(或者甚至提高)激光束的光学质量。根据本专利技术，该目的通过一种激光头来实现，该激光头的有源介质由绕公共轴线旋转(或者更一般地，具有循环移动)并浸没在液体流中的薄板的叠层构成。多个移动薄板的组合使用和通过液体的冷却造成了特别的困难：实际上，在没有特别的预防措施的情况下，液体流趋于变成湍流，从而大大降低了激光束的质量(例如，文章[8]说明了在没有移动部件的薄盘激光振荡器的情况下湍流的影响)。通过使用在激光有源介质板的延伸部中布置的冷却液体导流板由此保证了激光束穿过处的层流，解决了这个问题。本专利技术的另一个方面在于，通过使用透明的冷却液体导流板，可以有效地去除受激的放大辐射，该液体导流板优选地与将辐射向吸收和漫射区域偏转的镜相关联。因此，本专利技术的一个主题是激光放大器头，其包括设置在壳体中的多个固态激光有源介质板，该多个固态激光有源介质板彼此平行布置，其主表面彼此面对，例如根据激光束的传播方向对准，该壳体设置有用于冷却液体的入口和出口，并且也设置有允许激光束穿过该激光有源介质板的至少一个窗口，其特征在于，该激光放大器头还包括：-机械连接装置，该机械连接装置允许激光有源介质板在与它们的厚度方向垂直的平面中相对于激光束循环移动；以及-冷却液体导流板，这些液体导流板被布置在这些激光有源介质板的延伸部中，在这些激光有源介质板与液体的入口端口之间。根据本专利技术的特定实施例：-机械连接装置可以被配置为使激光有源介质板相对于壳体围绕公共轴线旋转，该公共轴线与激光有源介质板的厚度方向垂直。特别地，该公共轴线可以平行于该激光束的传播方向。该一个或多个窗口可以进一步被布置成使得该激光束穿过在该冷却液体的入口端口与该共用旋转轴线之间的所述激光有源介质板的区域。-冷却液体导流板在激光有源介质板的放大的自发发射辐射的光谱带中可以是透明的，从而允许辐射的去除。在这种情况下，放大器头还可以包括镜，该镜用于偏转通过冷却液体导流板去除并且最初被导向冷却液体的入口端口的所述放大的自发辐射的一部分。此外，该放大器头还可以包括：在所述壳体内部、在该放大的自发发射辐射的光谱带中的至少一个光吸收和漫射结构，所述光吸收和漫射结构在与这些激光有源介质板的厚度方向垂直的平面中至少部分地包围这些激光有源介质板，并且被布置为使得与所述冷却液体相接触。所述光吸收和漫射结构有利地包括立柱阵列。此外，放大器头还可以包括至少一个透明壁，该透明壁在放大自发发射辐射的所述光谱带中，并且一方面将包含激光有源介质板、冷却液体导流板和入口端口的壳体内的体积的区域与另一方面所述光吸收和漫射结构或每个所述光吸收和漫射结构和出口端口分开。-冷却液体导流板可以具有比激光有源介质板的宽度小的宽度。-激光有源介质板可以具有在300μm与1cm之间的厚度以及在200μm与4mm之间的相互间距。激光有源介质板可以是盘形的。放大器头还可以包括泵，该泵具有到入口端口和出口端口的流体连接，并且适于引起冷却液体在壳体中的流动，泵、壳体、激光有源介质板和冷却液体导流板的尺寸和布置使得流动在激光束穿过的区域中是层流，然后引起到湍流状态的过渡。放大器头还可以包括致动器，该致动器与机械连接装置交互工作，以引起有源介质板的所述循环移动。放大器头还可以包括纵向光泵浦系统。通过阅读参照作为示例提供的附图给出的描述，本专利技术的其他特征、细节和优点将变得明显，其中，分别地：-图1示出了根据本专利技术的第一实施例的激光放大器头的剖视图；-图2A和图2B分别示出了根据本专利技术第二实施例的激光放大器头的截面图和俯视图；-图3A、图3B、图3C示出了对于这些冷却液体导流板与这些激光有源介质板之间的间距和偏移的不同值的冷却液体的流动；-图4示出了在图1所示的激光头中传输放大的自发发射辐射的图示；以及-图5示出了实施根据本专利技术的放大器头的激光放大器的图示。图1所示的剖视图提供了对根据本专利技术第一实施例的激光放大器头的结构的理解。激光有源介质由三个板构成，更精确地说是由盘DA1、DA2、DA3构成，所述盘由掺杂镱的钇铝石榴石(YAG)(Yb:YAG)构成，厚度为3mm，直径为70mm，串联安装在穿过其中心的树A上，两个相邻盘之间的间距为500μm。树A允许盘旋转，例如以每秒1转和10转之间的速度旋转。该组件被放置在平行六面体形的壳体C内。坐标z表示树A的定向方向，而坐标x、y表示相互垂直并与轴线z垂直的轴线，所述坐标x、y限定与盘的主表面平行的平面。待放大的激光束和通过窗口或孔口进出壳体的泵浦激光束(更多细节参见图5)以偏心方式穿过三个盘。附图标记RA表示激光束在盘DA1上的覆盖区。由于旋转，泵送产生的热量分布在冠部中(图2A中的附图标记CO)。由于盘的热惯性，当光束通过时局部温度升高保持限于几度以内。热量进一步分布在比激光束的表面积更大的表面积上，与冷却液体的热交换的表面积增加并且由此盘的温度降低。这些盘有利地具有不同的掺杂，其以使得它们经受相同的热负荷的方式计算。冷却液体(例如重水D2O，其在Yb：YAG(1.030nm)的发射波长下比轻水(H2O)吸收更少)经由入口端口PEL重新进入壳体，在由限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光放大器头(TL)，包括设置在壳体(C)中的固态激光有源介质的多个板(DA1、DA2、DA3)，所述多个板(DA1、DA2、DA3)彼此平行地布置，它们的主表面(S

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181106 FR 18602151.一种激光放大器头(TL)，包括设置在壳体(C)中的固态激光有源介质的多个板(DA1、DA2、DA3)，所述多个板(DA1、DA2、DA3)彼此平行地布置，它们的主表面(S12、S21、S22、S31)彼此面对，所述壳体设置有用于冷却液体的入口端口(PEL)和出口端口(PSL)，并且也设置有允许激光束(FLS)穿过激光有源介质板的至少一个窗口(FE1、FE2)，其特征在于，还包括：
-机械连接装置(A)，所述机械连接装置允许所述激光有源介质板在与它们的厚度方向(z)垂直的平面(xy)中相对于所述激光束循环移动；以及
-冷却液体导流板(PGL1、PGL2、PGL3)，所述冷却液体导流板被布置在所述激光有源介质板的延伸部中，在所述激光有源介质板与所述液体的所述入口端口之间。


2.根据权利要求1所述的激光放大器头，其中，所述机械连接装置(A)被配置为使所述激光有源介质板相对于所述壳体围绕公共轴线旋转，所述公共轴线垂直于所述激光有源介质板的厚度方向。


3.根据权利要求2所述的激光放大器头，其中，所述公共轴线(z)与所述激光束的传播方向平行。


4.根据权利要求2和3中的任一项所述的激光放大器头，其中，一个或多个窗口被布置成使得所述激光束穿过在所述冷却液体的入口端口与共用旋转轴线之间的所述激光有源介质板的区域(RA)。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的激光放大器头，其中，所述冷却液体导流板在所述激光有源介质板的放大的自发发射(ASE)辐射的光谱带中是透明的，以允许去除所述辐射。


6.根据权利要求5所述的激光放大器头，还包括镜(MDA)，用于偏转所述放大的自发发射辐射的一部分，所述放大的自发发射辐射是通过所述冷却液体导流板去除的，并且最初被引导朝向所述冷却液体的入口端口。


7.根据权利要求5和6中的任一项所述的激光放大器头，...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫·费拉尔，杰罗姆·勒米特，杰瑞米·布兰登，丹尼斯·马里恩，
申请(专利权)人：法国国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR