一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置。固体激光放大器包括泵浦源、泵浦光调制单元、第一激光晶体、第二激光晶体和激光调制单元。本发明专利技术实施例的技术方案，针对小信号增益过程中的提取效率低下、热量分布不均、光束质量恶化的缺点，通过优化放大结构，采用两级增益介质放大模式，进行球差互补，提取能量互补，提高光束质量以及光光转化效率，弥补了单级放大时能量提取少的缺陷，既使得结构紧凑，减少球差补偿光学器件，又保证优异的光束质量。另外泵浦光从晶体两端入射，相同泵浦光功率下的热量分散，也有助于减小热畸变，提高光束质量。高光束质量。高光束质量。

【技术实现步骤摘要】
一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置。

技术介绍

[0002]高能量飞秒激光器以其极高的峰值功率、窄的脉冲宽度，在材料精细微加工、半导体行业、太阳能光伏、科学研究等领域得到了广泛的应用。
[0003]由于飞秒脉冲峰值能量非常高，光纤器件可承受的峰值能量有限，直接放大很容易引起放大器器件损坏，因此高功率飞秒激光器通常采用光纤+脉冲展宽+固体主震荡功率放大MOPA+脉冲压缩结构，先利用展宽器将种子光脉冲展宽至几百皮秒甚至纳秒量级，然后输入放大器进行脉冲放大，放大器输出的激光再通过脉冲压缩装置，将百皮秒输出脉冲压缩至飞秒量级输出。
[0004]传统的大能量固体放大器包括以下几种主流方案：1、碟片放大结构，薄片结构散热好，晶体热畸变小，增益高且输出光束质量优异，特别适用于高功率大能量激光器，但晶体及散热结构工艺复杂，且光路结构调试不易；2、板条放大结构，采用大面冷却方式，增大散热面积，改变了热流方向，仅存一维热分布，可以实现高功率大能量的输出，结构相对碟片激光器简单，但输出的光束质量维度上差异较大，光斑圆度较差；3、再生放大结构是一种谐振腔结构，能实现高增益的放大效果，但需要时间控制与光路设计的精确匹配；4、块(棒)状晶体端面泵浦结构，冷却系统简单，容易实现模式匹配，对于小信号增益有极大优势，但存在径向温度梯度，热光效应强，难以实现既高功率输出的同时又保证高光束质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置，该固体激光放大器针对小信号增益过程中的提取效率低下、热量分布不均、光束质量恶化的缺点，通过优化放大结构，采用两级增益介质放大模式，进行球差互补，提取能量互补，提高光束质量以及光光转化效率，弥补了单级放大时能量提取少的缺陷，既使得结构紧凑，减少球差补偿光学器件，又保证优异的光束质量。另外泵浦光从晶体两端入射，相同泵浦光功率下的热量分散，也有助于减小热畸变，提高光束质量。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种固体激光放大器，包括泵浦源、泵浦光调制单元、第一激光晶体、第二激光晶体和激光调制单元；
[0007]待放大的信号光束入射至所述激光调制单元，所述激光调制单元用于使所述信号光束依次经过所述第一激光晶体和所述第二激光晶体，再依次经过所述第二激光晶体和所述第一激光晶体；
[0008]所述泵浦源用于出射泵浦光至所述泵浦光调制单元，所述泵浦光调制单元用于调制所述泵浦光从所述第一激光晶体的第一端和第二端耦合入所述第一激光晶体，还用于调制所述泵浦光从所述第二激光晶体的第一端和第二端耦合入所述第二激光晶体；
[0009]所述第一激光晶体和所述第二激光晶体用于吸收所述泵浦光以实现所述信号光
束的两晶体双程放大。
[0010]可选的，所述激光调制单元包括沿第一方向共光轴排列的第一偏振分光镜、第一二分之一波片、法拉第旋转器第二偏振分光镜、第二二分之一波片、第三偏振分光镜和第一反射镜，还包括第一双色镜和第二双色镜，所述第一激光晶体的一端与所述第三偏振分光镜的第二端对应，所述第二激光晶体的一端与所述第二偏振分光镜的第二端对应，所述第三偏振分光镜、所述第一激光晶体和所述第一双色镜沿第二方向共光轴排列，所述第二偏振分光镜、所述第二激光晶体和所述第二双色镜沿所述第二方向共光轴排列，所述第一方向和所述第二方向交叉；
[0011]第一偏振方向的信号光束从所述第一偏振分光镜的第一端入射，经过所述第一偏振分光镜、所述第一二分之一波片和所述法拉第旋转器透射后保持所述第一偏振方向，经过所述第二偏振分光镜和所述第二二分之一波片透射后转变为第二偏振方向的光束，然后入射至所述第三偏振分光镜发生反射，从所述第三偏振分光镜的第二端输出相继经过所述第一激光晶体透射、所述第一双色镜反射、所述第二双色镜反射和所述第二激光晶体透射后入射至所述第二偏振分光镜的第二端，在所述第二偏振分光镜反射进入所述第二二分之一波片变为所述第一偏振方向的光束，再经过所述第三偏振分光镜透射、所述第一反射镜反射、所述第三偏振分光镜透射、经过所述第二二分之一波片透射再次变为所述第二偏振方向的光束，经所述第二偏振分光镜反射后依次经过所述第二激光晶体透射、所述第二双色镜反射、所述第一双色镜反射和所述第一激光晶体透射后入射至所述第三偏振分光镜的第二端，在所述第三偏振分光镜反射进入所述第二二分之一波片，变为所述第一偏振方向的光束，再依次经过所述第二偏振分光镜、所述法拉第旋转器和所述第一二分之一波片透射之后变为第二偏振方向的光束，在所述第一偏振分光镜反射后输出。
[0012]可选的，所述激光调制单元还包括激光整形透镜组，所述激光整形透镜组包括设置于所述法拉第旋转器与所述第二偏振分光镜之间的至少一片透镜和/或所述第三偏振分光镜与所述第一反射镜之间的至少一片透镜。
[0013]可选的，所述泵浦源包括第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一泵浦源用于给所述第一激光晶体提供泵浦光，所述第二泵浦源用于给所述第二激光晶体提供泵浦光。
[0014]可选的，所述泵浦光调制单元包括第一泵浦光复用子单元和第二泵浦光复用子单元；
[0015]所述第一泵浦光复用子单元用于调制所述第一泵浦源出射的泵浦光，使所述第一泵浦源出射的泵浦光从所述第一激光晶体的第一端和第二端耦合入所述第一激光晶体；
[0016]所述第二泵浦光复用子单元用于调制所述第二泵浦源出射的泵浦光，使所述第二泵浦源出射的泵浦光从所述第二激光晶体的第一端和第二端耦合入所述第二激光晶体。
[0017]可选的，所述第一泵浦光复用子单元包括第一分束镜、第二反射镜、第三反射镜、第一双色镜和第三双色镜；
[0018]所述第一泵浦源出射的泵浦光经过所述第一分束镜分为第一泵浦光和第二泵浦光，所述第一泵浦光经过所述第一双色镜透射后从所述第一激光晶体的第一端入射至所述第一激光晶体，所述第二泵浦光经过所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第三双色镜反射后从所述第一激光晶体的第二端入射至所述第一激光晶体；
[0019]所述第二泵浦光复用子单元包括第二分束镜、第四反射镜、第五反射镜、第二双色
镜和第四双色镜；
[0020]所述第二泵浦源出射的泵浦光经过所述第二分束镜分为第三泵浦光和第四泵浦光，所述第三泵浦光经过所述第二双色镜透射后从所述第二激光晶体的第一端入射至所述第二激光晶体，所述第四泵浦光经过所述第四反射镜、所述第五反射镜和所述第四双色镜反射后从所述第二激光晶体的第二端入射至所述第二激光晶体。
[0021]可选的，所述泵浦光调制单元还包括泵浦光整形透镜组，所述泵浦光整形透镜组包括位于所述第一分束镜两侧的第一透镜和第二透镜、位于所述第三反射镜和所述第三双色镜之间的第三透镜、位于所述第二分束镜两侧的第四透镜和第五透镜、位于所述第五反射镜和所述第四双色镜之间的第六透镜。
[0022]可选的，所述第一泵浦光复用子单元包括第一双色镜、第三双色镜和第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体激光放大器，其特征在于，包括泵浦源、泵浦光调制单元、第一激光晶体、第二激光晶体和激光调制单元；待放大的信号光束入射至所述激光调制单元，所述激光调制单元用于使所述信号光束依次经过所述第一激光晶体和所述第二激光晶体，再依次经过所述第二激光晶体和所述第一激光晶体；所述泵浦源用于出射泵浦光至所述泵浦光调制单元，所述泵浦光调制单元用于调制所述泵浦光从所述第一激光晶体的第一端和第二端耦合入所述第一激光晶体，还用于调制所述泵浦光从所述第二激光晶体的第一端和第二端耦合入所述第二激光晶体；所述第一激光晶体和所述第二激光晶体用于吸收所述泵浦光以实现所述信号光束的两晶体双程放大。2.根据权利要求1所述的固体激光放大器，其特征在于，所述激光调制单元包括沿第一方向共光轴排列的第一偏振分光镜、第一二分之一波片、法拉第旋转器、第二偏振分光镜、第二二分之一波片、第三偏振分光镜和第一反射镜，还包括第一双色镜和第二双色镜，所述第一激光晶体的一端与所述第三偏振分光镜的第二端对应，所述第二激光晶体的一端与所述第二偏振分光镜的第二端对应，所述第三偏振分光镜、所述第一激光晶体和所述第一双色镜沿第二方向共光轴排列，所述第二偏振分光镜、所述第二激光晶体和所述第二双色镜沿所述第二方向共光轴排列，所述第一方向和所述第二方向交叉；第一偏振方向的信号光束从所述第一偏振分光镜的第一端入射，经过所述第一偏振分光镜、所述第一二分之一波片和所述法拉第旋转器透射后保持所述第一偏振方向，经过所述第二偏振分光镜和所述第二二分之一波片透射后转变为第二偏振方向的光束，然后入射至所述第三偏振分光镜发生反射，从所述第三偏振分光镜的第二端输出相继经过所述第一激光晶体透射、所述第一双色镜反射、所述第二双色镜反射和所述第二激光晶体透射后入射至所述第二偏振分光镜的第二端，在所述第二偏振分光镜反射进入所述第二二分之一波片变为所述第一偏振方向的光束，再经过所述第三偏振分光镜透射、所述第一反射镜反射、所述第三偏振分光镜透射、经过所述第二二分之一波片透射再次变为所述第二偏振方向的光束，经所述第二偏振分光镜反射后依次经过所述第二激光晶体透射、所述第二双色镜反射、所述第一双色镜反射和所述第一激光晶体透射后入射至所述第三偏振分光镜的第二端，在所述第三偏振分光镜反射进入所述第二二分之一波片，变为所述第一偏振方向的光束，再依次经过所述第二偏振分光镜、所述法拉第旋转器和所述第一二分之一波片透射之后变为第二偏振方向的光束，在所述第一偏振分光镜反射后输出。3.根据权利要求2所述的固体激光放大器，其特征在于，所述激光调制单元还包括激光整形透镜组，所述激光整形透镜组包括设置于所述法拉第旋转器与所述第二偏振分光镜之间的至少一片透镜和/或所述第三偏振分光镜与所述第一反射镜之间的至少一片透镜。4.根据权利要求1所述的固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦源包括第一泵浦源和第二泵浦源，所述第一泵浦源用于给所述第一激光晶体提供泵浦光，所述第二泵浦源用于给所述第二激光晶体提供泵浦光。5.根据权利要求4所述的固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光调制单元包括第一泵浦光复用子单元和第二泵浦光复用子单元；所述第一泵浦光复用子单元用于调制所述第一泵浦源出射的泵浦光，使所述第一泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙龙，邱杭锴，申玉，
申请(专利权)人：杭州奥创光子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：