高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器，包括依次设置的电光调Q谐振腔、第一光隔离器、双程放大模块、第一二分之一波片、第二光隔离器和光束质量优化模块，电光调Q谐振腔、第一光隔离器、双程放大模块、第一二分之一波片、第二光隔离器与光束质量优化模块的中心点在同一水平线上。本实用新型专利技术实现了高重频、高光束质量的窄脉宽激光脉冲输出，解决了传统激光器在功率放大过程中热效应引入的光束质量严重恶化问题，有效的提升了激光雷达、激光加工、光电对抗等领域的工作效率，实现高峰值功率高光束质量的激光输出。实现高峰值功率高光束质量的激光输出。实现高峰值功率高光束质量的激光输出。

【技术实现步骤摘要】
高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器


[0001]本技术涉及激光器领域，尤其涉及高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器。

技术介绍

[0002]随着激光技术的迅速发展，高重复频率、高光束质量的窄脉宽激光器在激光雷达、激光加工、光电对抗等领域应用需求不断增加。例如：激光雷达以激光为信息载体，广泛的应用在环境检测、地形和海洋测绘等领域；激光加工利用激光与物质相互作用特性，在材料切割、焊接、强化、成形等领域具有明显加工优势。
[0003]具有高重复频率、高光束质量的光源可以大大提高激光雷达的扫描和吸收数据的速度，同时也可以提高激光加工的速度和效率，因此，研制高重复频率、高光束质量的窄脉宽激光器是推动激光雷达、激光加工等领域快速发展的核心动力。
[0004]通常来说，实现高重复频率激光输出的主要手段有锁模技术与调Q技术两种。虽然锁模技术可以实现重复频率高达MHz甚至GHz的脉冲输出，但由于其输出能量极低，通常为～nJ量级，并且均为多纵场模式，因此在自由空间中应用较少。目前主流的全固态激光器常用的调Q技术有电光调Q、声光调Q以及被动调Q三种，声光调Q由于超声振荡器峰值功率受限于声波发生器工艺原因，其输出功率不高，脉宽也很难低于30ns；被动调Q存在输出激光脉冲可重复精度较低、脉宽较宽、能量稳定性低的问题；而电光调Q由于得益于其极高的控制精度，因此，可同时输出高重复频率的窄脉宽激光。
[0005]另外，目前常见的放大技术主要有CPA(chirped
‑
pulse amplification啁啾脉冲放大技术)、OPCPA(optical parametric chirped
‑
pulse amplification光参量啁啾脉冲放大技术)、MOPA(master oscillator power amplifier主振荡器功率放大器)+SBS
‑
PCM(stimulated Brillouin scattering phase conjugation mirror受激布里渊散射相位共轭镜)三种。CPA作为较早应用的一种放大手段，可以轻易实现峰值功率～GW、脉宽～ns的激光脉冲输出，但其缺陷也较为明显，VBG(volume bragg grating，体布拉格光栅)损伤阈值的限制成为了该技术近些年的发展瓶颈。近些年OPCPA技术逐渐替代了CPA技术成为主流的放大手段，其成功的摆脱了VBG损伤阈值的影响实现了更高峰值功率的激光输出，但随之而来的是极高的泵浦光质量要求以及泵浦光与信号光的相位匹配问题等棘手的困难。而作为目前最常用的MOPA技术，由于操作复杂度远低于上述两种技术并且依然能够实现极高峰值功率的激光输出，其被广泛应用于大能量全固态激光器的研制工作中。该技术唯一的缺陷是放大过程中严重的热效应问题，这会导致输出激光的光束质量严重恶化。

技术实现思路

[0006]针对激光器重复频率低以及高功率激光器光束质量恶化的技术问题，本技术提出高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器，解决了因热效应导致激光束质量严重恶化的问题。
[0007]为了达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：高重复频率高光束质
量的窄脉宽激光器，其特征在于：包括依次设置的电光调Q谐振腔、双程放大模块、第一二分之一波片和光束质量优化模块，电光调Q谐振腔、双程放大模块、第一二分之一波片与光束质量优化模块的中心点在同一水平线上；所述电光调Q谐振腔产生高重频线偏振种子光，种子光进入双程放大模块进行功率放大，随后进入光束质量优化模块生成高光束质量的窄脉宽激光脉冲。
[0008]进一步地，所述电光调Q谐振腔与双程放大模块之间设有第一光隔离器，电光调Q谐振腔、第一光隔离器与双程放大模块的中心点设置在同一水平线上；第一二分之一波片与光束质量优化模块之间设有第二光隔离器，第一二分之一波片、第二光隔离器与光束质量优化模块的中心点设置在同一水平线上；所述第一光隔离器与第二光隔离器均由依次设置的偏振器、法拉第旋光器、二分之一波片组成。
[0009]进一步地，所述电光调Q谐振腔包括依次设置的第一0
°
全反射镜、电光调Q开关、第一偏振器、第一LD侧泵模块和输出镜，第一0
°
全反射镜、电光调Q开关、第一偏振器、第一LD侧泵模块和输出镜的中心点在同一水平线上，种子光由输出镜输出，进入第一光隔离器。
[0010]进一步地，所述双程放大模块包括第二偏振器、第一单通放大器、第一四分之一波片与第二0
°
全反射镜，第二偏振器、第一单通放大器、第一四分之一波片与第二0
°
全反射镜的中心点在同一水平线上；种子光通过第一单通放大器及第一四分之一波片后，经第二0
°
全反射镜反射，再次通过所述第一单通放大器实现了种子光的双程放大，最后在第二偏振器出输出大能量种子光。
[0011]进一步地，所述光束质量优化模块包括第三偏振器、第二四分之一波片、第一正透镜和布里渊介质池，第三偏振器、第二四分之一波片、第一正透镜和布里渊介质池中心点在同一水平线上。
[0012]进一步地，所述布里渊介质池相对侧设有窗镜，窗镜与水平方向有倾角，窗镜与第一正透镜的中心在同一水平线上。
[0013]进一步地，所述第二0
°
全反镜镀全反射膜，并且与入射光夹角呈90
°
，实现对种子光的全反射；第三偏振器镀有光学偏振膜，和水平方向的夹角为布儒斯特角θ。
[0014]采用上述结构的本技术，结构简单、稳定性好，可用于激光雷达、激光加工、光电对抗等先进领域，通过利用电光调Q谐振腔实现高重复频率、窄脉宽的激光输出，弥补了锁模技术输出能量低、声光调Q脉宽较宽以及被动调Q重频低的不足；通过采用MOPA技术可以产生高峰值功率，并且结合SBS
‑
PCM，解决了传统激光器在功率放大过程中热效应引入的光束质量严重恶化问题。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本技术的结构示意图。
[0017]图2为图1所示电光调Q谐振腔的结构示意图。
[0018]图3为图1所示双程放大模块的结构示意图。
[0019]图4为图1所示光束质量优化模块的结构示意图。
[0020]图5为图4所示布里渊介质池倾角的示意图。
[0021]图6为图4所示布里渊介质池窗镜的光路示意图。
[0022]图中，1为电光调Q谐振腔，2为第一光隔离器，3为双城放大模块，4为第一二分之一波片，5为第二光隔离器，6为光束质量优化模块，1
‑
1为第一0
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器，其特征在于：包括依次设置的电光调Q谐振腔（1）、双程放大模块（3）、第一二分之一波片（4）和光束质量优化模块（6），电光调Q谐振腔（1）、双程放大模块（3）、第一二分之一波片（4）与光束质量优化模块（6）的中心点在同一水平线上；所述电光调Q谐振腔（1）产生高重频线偏振种子光，种子光进入双程放大模块（3）进行功率放大，随后进入光束质量优化模块（6）生成高光束质量的窄脉宽激光脉冲。2.根据权利要求1所述的高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器，其特征在于：所述电光调Q谐振腔（1）与双程放大模块（3）之间设有第一光隔离器（2），电光调Q谐振腔（1）、第一光隔离器（2）与双程放大模块（3）的中心点设置在同一水平线上；第一二分之一波片（4）与光束质量优化模块（6）之间设有第二光隔离器（5），第一二分之一波片（4）、第二光隔离器（5）与光束质量优化模块（6）的中心点设置在同一水平线上；第一光隔离器（2）与第二光隔离器（5）均由依次设置的偏振器、法拉第旋光器、二分之一波片组成。3.根据权利要求2所述的高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器，其特征在于：所述电光调Q谐振腔（1）包括依次设置的第一0
°
全反射镜（1
‑
1）、电光调Q开关（1
‑
2）、第一偏振器（1
‑
3）、第一LD侧泵模块（1
‑
4）和输出镜（1
‑
5），第一0
°
全反射镜（1
‑
1）、电光调Q开关（1
‑
2）、第一偏振器（1
‑
3）、第一LD侧泵模块（1
‑
4）和输出镜（1
‑
5）的中心点在同一水平线上，种子光由输出镜（1
‑
5）输出，进入第一光隔离器（2）。4.根据权利要求3所述的高重复频率高光束质量的窄脉宽激光器，其特征在于：所述双程放大模块（3）包括第二偏振器（3
‑
1）、第一单通放大器（3
‑
2）、第一四分之一波片（3
‑
3）与第二0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨雷，贾梦瑜，李凯，曹晨，于宇，岳剑峰，李云飞，吕志伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：