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、至少两个激光晶体和激光调制单元；激光调制单元包括多个偏振相关光学器件，待放大的信号光束入射至激光调制单元，偏振相关光学器件用于在传输信号光束时改变一次信号光束的偏振态，信号光束两次经过至少一个激光晶体实现双程放大；泵浦源用于出射泵浦光，泵浦光从激光晶体一端耦合入激光晶体；激光晶体用于吸收泵浦光以实现信号光束的放大。本发明专利技术实施例的技术方案，采用块状晶体增益放大方式进行能量提升，通过优化放大结构，第一级增益介质热球差自补偿，往返双程提高光光转化效率，后级增益介质热球差互相补偿，提高光束质量的同时增大能量。量。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，该固体放大器针对光纤输出能量低，非线性效应严重的缺点，采用块状晶体增益放大方式进行能量提升，通过优化放大结构，第一级增益介质热球差自补偿，往返双程提高光光转化效率，后级增益介质热球差互相补偿，提高光束质量的同时增大能量。
[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、至少两个激光晶体和激光调制单元；
[0007]所述激光调制单元包括多个偏振相关光学器件，待放大的信号光束入射至所述激光调制单元，所述偏振相关光学器件用于在传输所述信号光束时改变一次所述信号光束的偏振态，所述信号光束两次经过至少一个所述激光晶体实现双程放大；
[0008]所述泵浦源用于出射泵浦光，所述泵浦光从所述激光晶体一端耦合入所述激光晶体；
[0009]所述激光晶体用于吸收所述泵浦光以实现所述信号光束的放大。
[0010]可选的，所述激光晶体包括第一激光晶体、第二激光晶体和第三激光晶体；
[0011]所述信号光束两次经过所述第一激光晶体双程放大后，依次经过所述第二激光晶体和所述第三激光晶体单程放大后输出；
[0012]所述泵浦源包括第一泵浦源、第二泵浦源和第三泵浦源，所述第一泵浦源输出的泵浦光耦合入所述第一激光晶体，所述第二泵浦源输出的泵浦光耦合入所述第二激光晶体，所述第三泵浦源输出的泵浦光耦合入所述第三激光晶体。
[0013]可选的，所述偏振相关光学器件包括二分之一波片、偏振分光镜和四分之一波片；
[0014]所述激光调制单元包括第一二分之一波片、第一反射镜、偏振分光镜、第二反射镜、第一双色镜、第三反射镜、四分之一波片、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第二双色镜、第七反射镜、第三双色镜和第八反射镜；
[0015]所述信号光束经过所述第一二分之一波片透射后为第一偏振方向的光束，经过所述第一反射镜反射、所述第一偏振分光镜透射和所述第二反射镜反射后第一次入射至所述第一激光晶体；
[0016]所述第一激光晶体透射的所述第一偏振方向的光束经过所述第一双色镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第三反射镜和所述第一双色镜依次反射后第二次入射至所述第一激光晶体，此过程中所述第一偏振方向的光束两次透射所述四分之一波片，变为第二偏振方向的光束；
[0017]所述第二偏振方向的光束经过所述第一激光晶体透射、所述第二反射镜反射后入射至所述偏振分光镜发生反射至所述第五反射镜，再经过所述第六反射镜反射后入射至所述第二激光晶体；
[0018]所述第二激光晶体透射的光束经过所述第二双色镜反射和所述第七反射镜反射后入射至所述第三激光晶体；
[0019]所述第三激光晶体透射的光束经过所述第三双色镜反射和所述第八反射镜反射后输出。
[0020]可选的，所述偏振相关光学器件包括二分之一波片、法拉第旋转器和偏振分光镜；
[0021]所述激光调制单元包括第二二分之一波片、第一偏振分光镜、法拉第旋转器、第三二分之一波片、第二偏振分光镜、第九反射镜、第十反射镜、第四双色镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第五双色镜、第十六反射镜、第十七反射镜、第十八反射镜、第六双色镜和第十九反射镜；
[0022]所述信号光束经过所述第二二分之一波片透射后为第一偏振方向的光束，依次经过所述第一偏振分光镜、所述法拉第旋转器和所述第三二分之一波片透射后保持所述第一偏振方向，再经过所述第二偏振分光镜透射、所述第九反射镜和所述第十反射镜反射后第一次入射至所述第一激光晶体；
[0023]所述第一激光晶体透射的所述第一偏振方向的光束经过所述第四双色镜、所述第十一反射镜、所述第十二反射镜、所述第十一反射镜和所述第四双色镜依次反射后第二次入射至所述第一激光晶体；
[0024]所述第一激光晶体再次透射的光束经过所述第十反射镜和所述第九反射镜反射、所述第二偏振分光镜、所述第三二分之一波片和所述法拉第旋转器透射后入射至所述第一偏振分光镜，光束在经过所述第三二分之一波片和所述法拉第旋转器后变为第二偏振方向的光束；
[0025]第二偏振方向的光束在所述第一偏振分光镜发生反射，经过所述第十三反射镜、所述第十四反射镜和所述第十五反射镜依次反射后入射至所述第二激光晶体；
[0026]所述第二激光晶体透射的光束经过所述第五双色镜、所述第十六反射镜、所述第十七反射镜和所述第十八反射镜反射后入射至所述第三激光晶体；
[0027]所述第三激光晶体透射的光束经过所述第六双色镜反射和所述第十九反射镜反射后输出。
[0028]可选的，所述第一泵浦源出射的泵浦光在所述第一激光晶体内的传输方向与所述信号光束第一次经过所述第一激光晶体的传输方向相反；
[0029]所述第二泵浦源出射的泵浦光在所述第二激光晶体内的传输方向与所述信号光束在所述第二激光晶体的传输方向相反；
[0030]所述第三泵浦源出射的泵浦光在所述第三激光晶体内的传输方向与所述信号光束在所述第三激光晶体的传输方向相反。
[0031]可选的，所述激光调制单元还包括位于所述信号光束的传输光路中的至少一个隔离器。
[0032]可选的，所述激光调制单元还包括位于所述信号光束的传输光路中的至少一个二分之一波片。
[0033]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位于所述信号光束的传输光路中本文档来自技高网...

【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、至少两个激光晶体和激光调制单元；所述激光调制单元包括多个偏振相关光学器件，待放大的信号光束入射至所述激光调制单元，所述偏振相关光学器件用于在传输所述信号光束时改变一次所述信号光束的偏振态，所述信号光束两次经过至少一个所述激光晶体实现双程放大；所述泵浦源用于出射泵浦光，所述泵浦光从所述激光晶体一端耦合入所述激光晶体；所述激光晶体用于吸收所述泵浦光以实现所述信号光束的放大。2.根据权利要求1所述的固体激光放大器，其特征在于，所述激光晶体包括第一激光晶体、第二激光晶体和第三激光晶体；所述信号光束两次经过所述第一激光晶体双程放大后，依次经过所述第二激光晶体和所述第三激光晶体单程放大后输出；所述泵浦源包括第一泵浦源、第二泵浦源和第三泵浦源，所述第一泵浦源输出的泵浦光耦合入所述第一激光晶体，所述第二泵浦源输出的泵浦光耦合入所述第二激光晶体，所述第三泵浦源输出的泵浦光耦合入所述第三激光晶体。3.根据权利要求2所述的固体激光放大器，其特征在于，所述偏振相关光学器件包括二分之一波片、偏振分光镜和四分之一波片；所述激光调制单元包括第一二分之一波片、第一反射镜、偏振分光镜、第二反射镜、第一双色镜、第三反射镜、四分之一波片、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第二双色镜、第七反射镜、第三双色镜和第八反射镜；所述信号光束经过所述第一二分之一波片透射后为第一偏振方向的光束，经过所述第一反射镜反射、所述偏振分光镜透射和所述第二反射镜反射后第一次入射至所述第一激光晶体；所述第一激光晶体透射的所述第一偏振方向的光束经过所述第一双色镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜、所述第三反射镜和所述第一双色镜依次反射后第二次入射至所述第一激光晶体，此过程中所述第一偏振方向的光束两次透射所述四分之一波片，变为第二偏振方向的光束；所述第二偏振方向的光束经过所述第一激光晶体透射、所述第二反射镜反射后入射至所述偏振分光镜发生反射至所述第五反射镜，再经过所述第六反射镜反射后入射至所述第二激光晶体；所述第二激光晶体透射的光束经过所述第二双色镜反射和所述第七反射镜反射后入射至所述第三激光晶体；所述第三激光晶体透射的光束经过所述第三双色镜反射和所述第八反射镜反射后输出。4.根据权利要求2所述的固体激光放大器，其特征在于，所述偏振相关光学器件包括二分之一波片、法拉第旋转器和偏振分光镜；所述激光调制单元包括第二二分之一波片、第一偏振分光镜、法拉第旋转器、第三二分之一波片、第二偏振分光镜、第九反射镜、第十反射镜、第四双色镜、第十一反射镜、第十二反射镜、第十三反射镜、第十四反射镜、第十五反射镜、第五双色镜、第十六反射镜、第十七反射镜、第十八反射镜、第六双色镜和第十九反射镜；
所述信号光束经过所述第二二分之一波片透射后为第一偏振方向的光束，依次经过所述第一偏振...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙龙，邱杭锴，申玉，田志学，郏杨斌，龚建森，
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：