一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器制造技术

本发明专利技术属于激光器技术领域，具体涉及一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，包括种子光源、增益介质、泵浦源以及种子光反射镜系统；泵浦源产生的泵浦光用于激励增益介质，为种子光源产生的种子光的放大提供能量，种子光反射镜系统设置在种子光的光路上，以通过反射使种子光多次穿过增益介质实现种子光的放大，还包括设置在种子光的光路上的补偿透镜，以将经过增益介质放大的种子光穿过所述补偿透镜，实现减弱增益介质的热透镜效应对放大的种子光的影响。即本发明专利技术只需要在种子光的光路上设置补偿透镜即达到避免增益介质热透镜对种子光的影响的效果，相较于现有技术的液氮低温制冷非常简单方便，易于控制和调节以及后期的维护。的维护。的维护。

【技术实现步骤摘要】
一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器


[0001]本专利技术属于激光器
，具体涉及一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器。

技术介绍

[0002]钛蓝宝石以其优异的导热性、较高的机械耐久性和较宽的放大带宽而被应用于啁啾脉冲放大(CPA)技术，因为其特性能够产生一种超高功率激光脉冲。比如有功率超过10PW的脉冲激光器在激光材料相互作用、粒子加速，以及极端的科学研究与医学应用等方面有着广泛的应用。然而，当钛宝石作为增益介质吸收泵浦光之后，部分能量会储存在增益介质内使其升温，在热平衡状态下增益介质内的温度梯度会使其变成一个类透镜介质，此即热透镜效应。热透镜效应不只会造成被放大的激光种子源光束波前的扭曲，同时也会使此光束聚焦，这将导致激光种子源与泵浦光空间模式不匹配，降低了输出能量效率，同时也会影响输出光斑的形状。
[0003]设计一种高平均功率钛蓝宝石放大器需要克服的主要困难是热透镜，实际上忽略应力和热膨胀效应，Ti:Sapphire(掺钛蓝宝石)晶体中诱导热透镜的焦距可以表示为：其中r是泵浦光半径，P
P
是泵浦光功率，n是晶体的折射率，η与波长有关，是泵浦功率被耗散成热量的比例，K是热导率。因此钛宝石热焦距和泵浦光功率、晶体折射率以及波长热导率都有关。
[0004]钛宝石增益介质内部温度梯度会引起折射率的变化，介质的热膨胀和光弹性效应会引起钛宝石表面弯曲变形，这三个因素都是热透镜效应的具体表现。热透镜效应和泵源的重复频率有关，如果泵源的重复频率在10Hz到100Hz范围内，钛宝石的热透镜效应很小，如果泵源重复频率在1000Hz以上，钛宝石的热透镜效应就会很严重，进而影响输出光斑的形状、输出能量等。目前，解决钛宝石热透镜效应有一种方法，就是使用低温冷却技术，使用液氮将钛宝石表面的温度降低到77K，液氮能够带走泵源在钛宝石上产生的热量，能最大程度的抑制钛宝石的热透镜效应。但是这种方法需要使放大系统处在液氮当中，装置比较复杂，较难实现，不利于后期调试和维护。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，用以解决现有技术运用液氮解决钛宝石热透镜效应时存在装置复杂不利于后期调试以及维护的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，包括种子光源、增益介质、泵浦源以及若干个反射镜组成的种子光反射镜系统；所述泵浦源产生的泵浦光用于激励增益介质，以为种子光源产生的种子光的放大提供能量，所述种子光反射镜系统设置在种子光的光路上，以通过反射种子光使种子光多次穿过增益介质
使种子光被多次放大，还包括补偿透镜，所述补偿透镜设置在种子光的光路上，以将经过增益介质放大的种子光穿过所述补偿透镜，实现减弱增益介质的热透镜效应对放大的种子光的影响。
[0007]其有益效果为：本专利技术通过在种子光经过增益介质后利用补偿透镜减弱增益介质的热透镜效应，来避免增益介质的热透镜效应导致的输出光斑以及能量的影响，因此本专利技术并不是通过现有技术将增益介质置于设定温度范围内的方式来避免增益介质的热透镜效应，而是通过增加补偿透镜的方式来抵消增益介质因温度高而导致的热透镜效应，并且本专利技术的再生放大器只需要在种子光的光路上设置补偿透镜即达到避免增益介质热透镜对种子光的影响的效果，相较于现有技术的液氮低温制冷非常简单方便，易于控制和调节以及后期的维护。
[0008]进一步地，所述补偿透镜包括至少一个凹透镜。
[0009]进一步地，所述凹透镜的放置位置以及凹透镜的参数通过对再生放大器的放大腔进行软件模拟确定。
[0010]本专利技术为了使得补偿透镜更好的抵消增益介质因温度高而导致的热透镜效应的影响，通过预先运用软件模拟，能够对补偿透镜的参数以及位置进行确定，进而使得补偿透镜更好的实现热透镜效应补偿。
[0011]进一步地，还包括用于反射泵浦光的泵浦光反射镜系统，所述泵浦光反射镜系统包括两个分别设置在增益介质两侧的反射镜，以将泵浦光先通过其中一个反射镜反射后从增益介质的第一侧射入，使得泵浦光经增益介质后的剩余能量从增益介质的第二侧射出后至另一反射镜，通过另一反射镜的反射后从增益介质的第二侧射入。
[0012]进一步地，所述增益介质为钛宝石晶体，且钛宝石晶体两侧的反射镜位于通过钛宝石晶体的一条直线上。
[0013]进一步地，增益介质两侧的反射镜与增益介质之间分别设置一个凸透镜。
[0014]本专利技术通过将泵浦源产生的泵浦光经过反射镜反射后两次进入增益介质，使得泵浦源产生的泵浦光能够充分的被增益介质吸收，以为种子光的放大提供能量，并且泵浦光在两次进入增益介质之前先经过凸透镜的聚焦后再进入增益介质，使得泵浦光的能量集中增益介质更好的吸收泵浦光的能量来为种子光的放大提供能量。
[0015]进一步地，所述种子光反射镜系统包括换向镜组以及双色镜组，所述双色镜组包括两个分别设置在增益介质两侧的凸透镜与增益介质之间的双色镜；所述双色镜用于透射泵浦光，且其中一个双色镜用于将经增益介质的种子光反射至换向镜组，所述换向镜组用于将接收到的种子光反射至另一双色镜，另一双色镜用于将接收到的种子光朝向增益介质反射。
[0016]本专利技术通过设置双色镜组以及换向镜组能够让种子光在一个循环光路中多次经过增益介质实现种子光的放大过程，而相较于设置反射镜组使得种子光的光路不存在重叠的情况来说，因这种情况下若反射镜组确定则种子光经过增益介质的放大次数就确定了，所以本专利技术的循环光路的设置使得种子光经过增益介质的次数可调，以在不同情况下种子光的输出能量均能够得到满足，并且本专利技术基于循环光路的反射镜系统设置相较于基于不重叠光路的反射镜系统设置所使用的器件数量减少，进而本专利技术的装置结构更加简便。
[0017]进一步地，在换向镜组中的种子光的光路上还设置普克尔盒，以在种子光第一次
射入换向镜组时，从种子光中筛选设定种子光。
[0018]进一步地，通过设置延时开启普克尔盒的高压开关的时间，实现种子光第一次射入换向镜组时，从种子光中筛选设定种子光。
[0019]进一步地，还包括偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜用于将多次放大后的种子光导出腔外。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的激光放大系统结构示意图；
[0021]图2是本专利技术的再生放大器的结构原理示意图。
[0022]其中，1、第一532nm反射镜；2、第一532nm透镜；3、第二532nm透镜；4、第二532nm反射镜；5、钛宝石增益介质；6、第一800nm反射532nm透射的双色镜；7、第一800nm反射镜；8、补偿透镜；9、普克尔盒；10、第二800nm反射镜；11、第二800nm反射532nm透射的双色镜；
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。
[0024]透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器实施例：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，包括种子光源、增益介质、泵浦源以及若干个反射镜组成的种子光反射镜系统；所述泵浦源产生的泵浦光用于激励增益介质，以为种子光源产生的种子光的放大提供能量，所述种子光反射镜系统设置在种子光的光路上，以通过反射种子光使种子光多次穿过增益介质使种子光被多次放大，其特征在于，还包括补偿透镜，所述补偿透镜设置在种子光的光路上，以将经过增益介质放大的种子光穿过所述补偿透镜，实现减弱增益介质的热透镜效应对放大的种子光的影响。2.根据权利要求1所述的透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，其特征在于，所述补偿透镜包括至少一个凹透镜。3.根据权利要求2所述的透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，其特征在于，所述凹透镜的放置位置以及凹透镜的参数通过对再生放大器的放大腔进行软件模拟确定。4.根据权利要求3所述的透镜补偿钛宝石热透镜效应的再生放大器，其特征在于，还包括用于反射泵浦光的泵浦光反射镜系统，所述泵浦光反射镜系统包括两个分别设置在增益介质两侧的反射镜，以将泵浦光先通过其中一个反射镜反射后从增益介质的第一侧射入，使得泵浦光经增益介质后的剩余能量从增益介质的第二侧射出后至另一反射镜，通过另一反射镜的反射后从增益介质的第二侧射入。5.根据权利要求4所述的透镜补偿钛宝石热透镜效应的再...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传标，陈静，陈培荣，田晓光，赵英俊，李函飞，郑琳，赵遵成，鲁巍，
申请(专利权)人：河南省启封新源光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：