一种光纤-固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种光纤

【技术实现步骤摘要】
一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器


[0001]本专利技术涉及固体激光器
，具体涉及一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器
。

技术介绍

[0002]超快高功率掺镱激光器是非线性光学中常用的泵浦源，特别是在超宽带光学参量啁啾脉冲放大系统
、
基于逆康普顿散射的相干
X
光源等方面具有广泛运用
。
[0003]掺镱增益介质具有较大增益，有再生放大器
、
块状
/
棒状晶体放大
、
薄片放大等多种结构，通常采用的方案是将功率较低
(
数百毫瓦或者数瓦
)
的种子光经过小信号放大，获得较大的增益，然后通过主放大器，实现功率提升
。
获得高功率超快激光的主要挑战包括两个方面：第一，在高峰值功率条件下防止激光系统出现损伤；第二，增益介质在放大过程中存在热致双折射
、
热透镜的热效应问题
。
通常情况下，采用啁啾脉冲放大
(chirped
‑
pulse amplification
，
CPA)
技术来避免高平均功率引起系统损伤
。
相较于激光系统直接放大飞秒脉冲，在放大前将种子脉冲展宽
100
‑
1000
倍，脉冲能量显著降低，激光作用在各个元件上出现损伤机率减小，放大后使用压缩器提供色散补偿，脉冲得以压缩
。
通过啁啾脉冲放大技术，已经分别报道了输出脉冲能量为
70mJ
和平均功率为
10.4kW
的工作
。
较弱的种子光在经过两级甚至多级放大后，获得较大输出功率，同时出现明显的增益窄化现象，变换极限脉宽增大，直接获得飞秒脉冲很难实现
。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲激光器
。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器，沿光路传输方向包括光纤激光器
、
光隔离器模块
、
一级啁啾脉冲放大模块
、
二级啁啾脉冲放大模块和光压缩器；
[0007]光纤激光器为高功率宽带光纤激光器，为高功率超短脉冲激光器提供种子源；
[0008]光隔离器模块用于隔绝杂散光；
[0009]一级啁啾脉冲放大模块和二级啁啾脉冲放大模块均用于对激光进行功率放大；
[0010]光压缩器用于对经放大后的激光提供色散补偿，实现百飞秒激光输出
。
[0011]进一步的，所述光隔离器模块包括第一薄膜偏振片
、
法拉第旋转器和第一半波片
。
[0012]进一步的，所述一级啁啾脉冲放大模块沿光路传输方向包括第二高反镜
、
第一透镜
、
第三高反镜
、
第一合束二向色镜
、
第一增益介质
、
第一分束二向色镜
、
第二分束二向色镜
、
第一准直透镜；还包括用于泵浦第一增益介质，实现粒子反转的第一二极管激光器；第一二极管激光器输出的激光经第一望远镜系统将其成像于第一增益介质中心；第一分束二向色镜对应位置设置有用于收集未吸收泵浦光的第一激光收集器
。
[0013]进一步的，所述二级啁啾脉冲放大模块沿光路传输方向包括第二合束二向色镜
、
第二增益介质
、
第三分束二向色镜
、
第四分束二向色镜
、
第二准直透镜；还包括用于泵浦第二增益介质，实现粒子反转的第二二极管激光器；第二二极管激光器输出的激光经第二望远镜系统将其成像于第二增益介质中心；第三分束二向色镜对应位置设置有用于收集未吸收泵浦光的第二激光收集器
。
[0014]进一步的，所述第一二极管激光器输出激光经第一光纤传输，进入第一望远镜系统；第一望远镜系统包括第二透镜和第三透镜
。
[0015]进一步的，所述第二二极管激光器输出激光经第二光纤传输，进入第二望远镜系统；第二望远镜系统包括第五透镜和第六透镜
。
[0016]进一步的，所述第一二极管激光器输出光谱中心波长为
940nm
，输出功率为0～
300W
；第一光纤纤芯直径为
200
μ
m
，第二透镜为焦距为
50mm
的凸透镜，第三透镜为焦距为
150mm
的凸透镜
。
[0017]进一步的，所述第二二极管激光器输出光谱中心波长为
940nm
，输出功率为0～
300W
；第二光纤纤芯直径为
200
μ
m
，第五透镜为焦距为
50mm
的凸透镜，第六透镜为焦距为
150mm
的凸透镜
。
[0018]进一步的，所述二级啁啾脉冲放大模块和光压缩器之间设置有第三半波片和第四高反镜；一级啁啾脉冲放大模块和二级啁啾脉冲放大模块之间设置有第二半波片
、
第二薄膜偏振片和第四高反镜
。
[0019]进一步的，所述第一增益介质和第二增益介质为
Yb
：
YAG
晶体；第一增益介质长度为
24mm
，第二增益介质长度为
19mm
；第一增益介质和第二增益介质均为中间掺杂镱离子区域，两端未掺杂，两端未掺杂区域均为
2mm
；第一增益介质和第二增益介质掺杂浓度分别占总质量的
1at.
％和
1.5at.
％
。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021](1)
本专利技术采用宽带光纤激光器作为种子源，通过低增益放大，可以解决
Yb
：
YAG
晶体在放大过程中光谱窄化
、
限制线性压缩后脉冲宽度的瓶颈；
[0022](2)
本专利技术经过两级放大后的激光经光栅对组成的压缩器压缩后，输出脉冲宽度～
280fs
，平均功率为
115W
；
[0023](3)
本专利技术采用中心波长为
940nm
的二极管激光器作为泵浦源，其输出功率具备很强的可扩展性，可以获得更高的输出功率；
[0024](4)
本专利技术采用
Yb
：
YAG
晶体作为增益介质，在常温水冷条件下通过两级单通结构实现对
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器，其特征在于，沿光路传输方向包括光纤激光器
(1)、
光隔离器模块
、
一级啁啾脉冲放大模块
、
二级啁啾脉冲放大模块和光压缩器；光纤激光器
(1)
为高功率宽带光纤激光器，为高功率超短脉冲激光器提供种子源；光隔离器模块用于隔绝杂散光；一级啁啾脉冲放大模块和二级啁啾脉冲放大模块均用于对激光进行功率放大；光压缩器用于对经放大后的激光提供色散补偿，实现百飞秒激光输出
。2.
根据权利要求1所述的一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器，其特征在于，所述光隔离器模块包括第一薄膜偏振片
(2)、
法拉第旋转器
(3)
和第一半波片
(4)。3.
根据权利要求1所述的一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器，其特征在于，所述一级啁啾脉冲放大模块沿光路传输方向包括第二高反镜
(6)、
第一透镜
(7)、
第三高反镜
(8)、
第一合束二向色镜
(12)、
第一增益介质
(13)、
第一分束二向色镜
(14)、
第二分束二向色镜
(16)、
第一准直透镜
(17)
；还包括用于泵浦第一增益介质
(13)
，实现粒子反转的第一二极管激光器
(9)
；第一二极管激光器
(9)
输出的激光经第一望远镜系统将其成像于第一增益介质
(13)
中心；第一分束二向色镜
(14)
对应位置设置有用于收集未吸收泵浦光的第一激光收集器
(15)。4.
根据权利要求1所述的一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器，其特征在于，所述二级啁啾脉冲放大模块沿光路传输方向包括第二合束二向色镜
(24)、
第二增益介质
(25)、
第三分束二向色镜
(26)、
第四分束二向色镜
(28)、
第二准直透镜
(31)
；还包括用于泵浦第二增益介质
(25)
，实现粒子反转的第二二极管激光器
(21)
；第二二极管激光器
(21)
输出的激光经第二望远镜系统将其成像于第二增益介质
(25)
中心；第三分束二向色镜
(26)
对应位置设置有用于收集未吸收泵浦光的第二激光收集器
(27)。5.
根据权利要求3所述的一种光纤
‑
固体混合放大的高功率超短脉冲固体激光器，其特征在于，所述第一二极管激光器
(9)
输出激光经第一光纤传输，进入第一望远镜系统；第一望远镜系统包括第二透镜
(10)
和第三透...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁厚昆，杨雪梅，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：