一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块制造技术

本发明专利技术公开了一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，涉及高功率全固态激光技术领域。所述板条激光放大增益模块包括复合结构板条、第一热沉、第一泵浦源。所述复合结构板条包括：Nd:YAG区、低折射率介质区和吸收区。本发明专利技术利用复合结构板条形成全内反射，利用板条的楔形大面结构减少输出损耗；同时选择合适的入射光路和出射光路，避免了zigzag板条大面上的倏逝膜和泵浦光高透膜的抗损伤能力对放大激光峰值功率提升的限制，实现大能量纳秒激光输出，峰值功率可以达到GW以上，适应于激光冲击强化和激光雷达等应用。冲击强化和激光雷达等应用。冲击强化和激光雷达等应用。

【技术实现步骤摘要】
一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块


[0001]本专利技术涉及高功率全固态激光
，尤其是公开了一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块。

技术介绍

[0002]高峰值功率激光在科学研究、工业加工和激光雷达等领域有重要应用需求。其中，全固态高峰值功率激光器具有效率高、结构紧凑、性能稳定、输出光束质量好等诸多优点，近年来已经有了快速发展。现有的典型高峰值功率板条激光器中，通常板条一个大面镀倏逝膜，另一个大面镀泵浦光高透膜，激光在板条内部走之字形光路放大传输。目前之字形Nd:YAG板条已经在重频20Hz下实现了5J以上的纳秒1064nm激光放大输出，但是由于光斑分布不均匀，板条大面上的倏逝膜和泵浦光高透膜所承受的能量密度已逐步接近其抗损伤阈值，限制了能量的进一步提升。因此，有必要设计出一种面向更高峰值功率的板条激光放大增益模块。

技术实现思路

[0003]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，本专利技术提供了提供一种面向高峰值功率的板条激光放大增益模块，该增益模块采用复合结构板条，避免了zigzag板条大面上的倏逝膜和泵浦光高透膜的抗损伤能力对放大激光峰值功率提升的限制，可以在板条激光放大增益模块上实现更高的峰值功率输出。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，其特征在于，所述板条激光放大增益模块至少包括：第一泵浦源、第一热沉、复合结构板条；所述第一泵浦源用于对复合结构板条进行泵浦，使其产生粒子数反转所述复合结构板条用于产生激光增益，实现激光放大；所述第一热沉用于将复合结构板条内的废热导出，从而对复合结构板条进行冷却；所述复合结构板条的端面包括三部分：中间的Nd:YAG区、位于Nd:YAG区两侧的低折射率介质区和位于Nd:YAG区上下两端的吸收区；所述Nd:YAG区作为激光工作物质区域，用于吸收泵浦光形成粒子数反转；两端的吸收区用于吸收Nd:YAG中的荧光，避免形成寄生振荡，提高储能。
[0005]所述低折射率介质区与Nd:YAG区的两个键合面分别为第一界面和第二界面，第一界面为Nd:YAG区的锐角大面，第二界面为Nd:YAG区的钝角大面；所述第一界面和第二界面用于为主激光光束的传输提供全内反射，将光束一直约束在板条内部传输。
[0006]低折射率介质区的两个外大面为第三界面和第四界面，其中与第一泵浦源相对的一面镀对泵浦光高透的高透膜。
[0007]通过相应的入射出射角度设置，所述主激光光束一直被约束在板条内部进行传输，最终在出射端面的光束绝大部分被输出，极少部分残余光束在出射端面反射，之后该残余光束不断继续反射，最终残余光束进入低折射率介质区中被耗散掉，不会消耗Nd:YAG区
中的储能，也不沿原路返回，保证了系统安全。
[0008]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术实施例中提供的板条激光放大增益模块采用复合结构板条，利用低折射率介质和Nd:YAG之间形成全内反射，利用板条的楔形大面结构形成出射端面上较大的光斑，减少了输出损耗；同时选择合适的入射光路和出射光路，避免了常用zigzag板条大面上的倏逝膜和泵浦光高透膜的抗损伤能力对放大激光峰值功率提升的限制，可以在板条激光放大增益模块上实现GW高峰值功率的大能量纳秒激光输出。同时本专利技术所涉及的激光放大增益模块简单紧凑，稳定可靠，热管理良好，保证了输出激光具有较好的光束质量。
附图说明
[0009]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术板条激光放大增益模块俯视图。
[0010]图2是本专利技术板条激光放大增益模块前视图。
[0011]图3是本专利技术板条激光放大增益模块光路示意图。
[0012]图4是本专利技术板条激光放大增益模块的一种应用方式。
[0013]图5是本专利技术板条激光放大增益模块的一种实施方式。
[0014]图6是本专利技术板条激光放大增益模块的另一种实施方式。
[0015]图中：1、第一泵浦源，2、第一热沉，3、复合结构板条，4、第二热沉，5、第二泵浦源，6、激光种子源，7、隔离器，8、整形系统，9、第一反射镜，10、第二反射镜，11、泵浦耦合镜，31、Nd:YAG区，32、低折射率介质区，33、吸收区。
具体实施方式
[0016]为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0017]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0018]实施例1如图1所示，图1为一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块俯视图。该板条激光放大增益模块包括：第一泵浦源1、第一热沉2、复合结构板条3、第二热沉4和第二泵浦源5。所述复合结构板条3用于产生激光增益，实现激光放大。所述第一热沉2和第二热沉4用于将复合结构板条3内的废热导出，从而对复合结构板条3进行冷却，同时对泵浦光高透。所述第一泵浦源1和第二泵浦源5用于对复合结构板条3进行泵浦，使其产生粒子数反转。
[0019]图2为前述面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块的前视图。如图所示，所
述复合结构板条3的端面包括三部分：中间的Nd:YAG区31、位于Nd:YAG区31左右两侧的低折射率介质区32和位于Nd:YAG区31上下两侧的吸收区33。所述Nd:YAG区31作为激光工作物质区域，用于吸收泵浦光形成粒子数反转。两端的吸收区33用于吸收Nd:YAG中的荧光，避免形成寄生振荡，提高储能。
[0020]在一个优选实施例中，两块吸收区33的尺寸完全相同，且所述吸收区33采用Sm:YAG材质。
[0021]实施例2图3为板条激光放大增益模块的光路示意图，其中低折射率介质区32与Nd:YAG区31的两个键合面分别为第一界面a和第二界面b，这两个界面用于为主激光的传输提供全内反射，尤其是对特殊角度的1064nm激光形成全内反射，将其一直约束的板条内部传输。低折射率介质区32的两个外大面为第三界面c和第四界面d，且第三界面c和第四界面d上镀有对泵浦光高透的高透膜。
[0022]在板条激光放大增益模块中，第一热沉2和第二热沉4分别与第三界面c和第四界面d分别固定连接，使得气体或者液体等流体与复合结构板条3的大面直接接触进行冷却。在一个优选实施例中，两个热沉分别和第三界面c与第四界面d的固定连接可以选择压接或者焊接方式，本专利技术实施例对该连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，其特征在于，所述板条激光放大增益模块至少包括：第一泵浦源（1）、第一热沉（2）、复合结构板条（3）；所述第一泵浦源（1）用于对复合结构板条（3）进行泵浦，使其产生粒子数反转所述复合结构板条（3）用于产生激光增益，实现激光放大；所述第一热沉（2）用于将复合结构板条（3）内的废热导出，从而对复合结构板条（3）进行冷却；所述复合结构板条（3）的端面包括三部分：中间的Nd:YAG区（31）、位于Nd:YAG区（31）左右两侧的低折射率介质区（32）和位于Nd:YAG区（31）上下两侧的吸收区（33）；所述Nd:YAG区（31）作为激光工作物质区域，用于吸收泵浦光形成粒子数反转；两端的吸收区（33）用于吸收Nd:YAG中的荧光，避免形成寄生振荡，提高储能。2.根据权利要求1所述的面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，其特征在于，所述低折射率介质区（32）与Nd:YAG区（31）的两个键合面分别为第一界面和第二界面，第一界面为Nd:YAG区（31）的锐角大面，第二界面为Nd:YAG区（31）的钝角大面；所述第一界面和第二界面用于为主激光光束的传输提供全内反射，将光束一直约束在板条内部传输。3.根据权利要求2所述的面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，其特征在于，低折射率介质区（32）的两个外大面为第三界面和第四界面，其中与第一泵浦源（1）相对的一面镀对泵浦光的高透膜。4.根据权利要求3所述的面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，其特征在于，在复合结构板条（3）中，厚度相对比较小的一端为入射端面，厚度相对比较大的一端为出射端面，所述入射端面和出射端面都各有入射切角α
in
和出射切角α
out
，且入射端面和出射端面各自针对端面入射角β
in
和端面输出角β
out
镀高透膜。5.根据权利要求4所述的面向高峰值功率激光的板条激光放大增益模块，其特征在于，当主激光光束从空气中以端面入射角β
in
从入射端面进入复合结构板条（3）时，复合结构板条（3）内的折射角为θ
in
，Nd:YAG区（31）的折射率为n，三个物理量之间满足如下关系：sin(β

【专利技术属性】
技术研发人员：王君涛，李密，何平，易家玉，周唐建，尚建力，高清松，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：