一种激光放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种激光放大器，包括半导体激光器、光学整形系统一、谐振腔、空间光调制器、计算机和放大腔；光学整形系统一、谐振腔、空间光调制器、计算机和放大腔依次设置在半导体激光器尾端；空间光调制器通过计算机控制，用于调控谐振腔输出种子光的激光模式；半导体激光器产生泵浦光，发出的泵浦光经过光学整形系统一透射依次注入至谐振腔和放大腔中，输出放大后的激光。本发明专利技术具有结构紧凑、放电均匀、泵浦效率高、激光模式变化便捷、模式纯度高等特点，可以有效防止高功率连续单模激光、高功率皮秒飞秒激光的非线性效应，实现高光束质量、良好的大气与光纤传输特性、高加工效率条件下的高功率的激光输出。件下的高功率的激光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种激光放大器


[0001]本专利技术属于激光器
，更具体的说是涉及一种激光放大器。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，引力波探测、激光精密位移测量、激光能源工业领域、激光工业加工领域以及航空航天和国防领域对于不同模式输出的高光束质量、高效率和高功率的激光需求与日俱增。基于上述需求，提出一种基于空间光调制技术(SLM)的主控震荡功率放大(MOPA)结构的新式激光放大器。
[0003]对于激光器而言，增益介质是其核心，它决定了输出光束的波长，同时对激光器的功率水平和光束模式有决定性的影响。高功率激光光源的增益介质主要经历了YAG棒状增益介质(难以获得基模输出)—CO2气体增益介质(10kW级基模)—光纤增益介质(kW级基模)的发展历程。高功率CO2激光器采用气体增益介质，基模输出功率高，光束质量好，但存在电光转换效率低，结构庞大，远红外波长不适合光纤柔性传输等不足，在千瓦级的薄板及中等板厚的激光切割焊接应用中，高功率光纤激光器逐步取代高功率CO2激光器成为主力光源，但是由于热效应以及光纤中非线性效应的影响，限制了单光纤激光器输出功率的进一步提升。目前已经提出的半导体泵浦碱金属蒸气激光器也属于半导体泵浦气态增益介质激光器结构，然而其存在工作物质容易污染激光输出窗口；其工作物质在常温下为固态，需要通过加热手段使其转换为气体，该过程不仅为激光器带来了额外热源而且对碱金属蒸气池的温度控制和碱金属化学活性的控制提出了挑战；其输出激光过程还产生对人体和环境有毒有害的物质。
[0004]此外，在引力波探测和激光高精密位移测量等领域，不仅需要高功率激光，还必须具有灵活输出特定的不同激光模式。虽然现有的腔外部重塑方式(如螺旋相位板、蚀刻玻璃衍射光学器件等光学器件)可以获得单个高阶模，但对于引力波干涉仪而言，其转换后的基本横向模式应该由单频、超稳定的高功率激光器发射，该过程是一个巨大挑战。而引入腔内相位的方式也可以实现模式转换，但是需要另外设计相位板，不利于改变激光模式顺序。即使被称为“数字激光器”的SLM调制技术可以便捷获得高阶拉盖尔高阶模式(LG)，但是受激光损伤阈值的限制，其无法直接获得高功率条件下的高阶LG模式。
[0005]因此，如何提供一种激光放大器成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种激光放大器，具有结构紧凑、放电均匀、泵浦效率高、激光模式变化便捷、模式纯度高等特点，可以有效防止高功率连续单模激光、高功率皮秒飞秒激光的非线性效应，实现高光束质量、良好的大气与光纤传输特性、高加工效率条件下的高功率的激光输出。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种激光放大器，包括：半导体激光器、光学整形系统一、谐振腔、空间光调制器、
计算机和放大腔；所述光学整形系统一、谐振腔、空间光调制器、计算机和放大腔依次设置在半导体激光器尾端；所述空间光调制器通过计算机控制，用于调控谐振腔输出种子光的激光模式；所述半导体激光器产生泵浦光，发出的泵浦光经过光学整形系统一透射依次注入至谐振腔和放大腔中，输出放大后的激光。
[0009]进一步的，所述谐振腔由放电区域以及分别设置在所述放电区域两个侧面的尾镜和输出镜共同构成。
[0010]进一步的，还包括分束镜、反射镜和光学整形系统二，所述分束镜位于所述半导体激光器、光学整形系统一，泵浦光经所述分束镜透射的光入射至所述光学整形系统一；泵浦光经所述分束镜反射的光依次经所述反射镜、光学整形系统二入射至所述放大腔。
[0011]进一步的，所述谐振腔和放大腔中的放电介质包括稀有气体；所述半导体激光器所发激光的中心波长与所述谐振腔和放大腔内放电介质电激励后产生的气体粒子的吸收谱线相匹配。
[0012]进一步的，所述稀有气体中混合一定比例的氩气和氦气，工作在接近一个大气压下。
[0013]进一步的，所述放大腔在面向泵浦光入射的一面开设透光窗口，所述透光窗口处镀有一层对该泵浦光的高透射率膜，所述放大腔其余内表面镀有一层对该泵浦光的高反射率膜。
[0014]进一步的，所述放大腔在面向泵浦光入射的一面开设透光窗口，所述透光窗口处镀有一层对该泵浦光的高透射率膜，所述放大腔其余外表面镀有一层对该泵浦光的高反射率膜。
[0015]进一步的，所述谐振腔和放大腔均由高硼酸玻璃或陶瓷材料制成。
[0016]进一步的，所述分束镜根据需求按比例分配半导体泵浦光的能量。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018](1)使用的工作物质为化学特性稳定、无毒无害的高纯度单一稀有气体或两种稀有气体混合的二元混合气体或稀有气体与其他辅助气体组成的多元混合气体。该类工作物质在激光输出过程中不会产生对人和环境有毒有害的物质。
[0019](2)采用镀膜技术，使放大腔在面向泵浦光入射的一面的泵浦光透光窗口处镀有一层对该泵浦光的高透射率膜，其余内表面镀有一层对该泵浦光的高反射率膜，可实现类似黑体辐射的多光程反射过程，增加泵浦光与气体增益介质的碰撞几率，从而提高泵浦效率，同时结合光学整形系统，有利于半导体泵浦激光更加充分的注入至谐振腔和放大腔内，提高半导体泵浦激光的泵浦强度，从而提高输出激光的泵浦效率。
[0020](3)借助被称为“数字激光器”的SLM调制技术，通过计算机给出不同相位分布，对SLM中的液晶分子施加对应的电压信号，使其偏转不同角度，对谐振腔输出的较低功率种子光进行灵活的模式调制，非常便捷的获得高纯度的任意模式激光输出。
[0021](4)借助现有光纤激光器中常用的MOPA结构，技术更成熟、更可靠；其可以有效增加气体增益介质在激光输出过程的粒子循环速度，不仅有利于增加激光输出稳定性，还可以在保持种子激光的模式纯度情况下获得高功率激光输出。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本实用新式实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新式的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术的结构示意图。
[0024]图2为本专利技术放大腔的一种结构示意图。
[0025]图3为本专利技术放大腔的另一种结构示意图。
[0026]其中，图中，
[0027]1‑
半导体激光器，2
‑
分光镜，3
‑
光学整形系统一，4
‑
谐振腔，5
‑
尾镜，6
‑
输出镜，7
‑
空间光调制器，8
‑
计算机，9
‑
种子光，10
‑
放大腔，11
‑
输出激光，12
‑
高透射率膜，13
‑
高反射率膜，14
‑
反射镜，15<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光放大器，其特征在于，包括：半导体激光器(1)、光学整形系统一(3)、谐振腔(4)、空间光调制器(7)、计算机(8)和放大腔(10)；所述光学整形系统一(3)、谐振腔(4)、空间光调制器(7)、计算机(8)和放大腔(10)依次设置在半导体激光器(1)尾端；所述空间光调制器(7)通过计算机(8)控制，用于调控谐振腔(4)输出种子光(9)的激光模式；所述半导体激光器(1)产生泵浦光，发出的泵浦光经过光学整形系统一(3)透射依次注入至谐振腔(4)和放大腔(10)中，输出放大后的激光。2.根据权利要求1所述的一种激光放大器，其特征在于，所述谐振腔(4)由放电区域以及分别设置在所述放电区域两个侧面的尾镜(5)和输出镜(6)共同构成。3.根据权利要求1所述的一种激光放大器，其特征在于，还包括分束镜(2)、反射镜(14)和光学整形系统二(15)，所述分束镜(2)位于所述半导体激光器(1)、光学整形系统一(3)，泵浦光经所述分束镜(2)透射的光入射至所述光学整形系统一(3)；泵浦光经所述分束镜(2)反射的光依次经所述反射镜(14)、光学整形系统二(15)入射至所述放大腔(10)。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉元，马冬林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：