【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及激光放大，特别是涉及将激光束放大到高平均功率的技术。
技术介绍
1、高功率激光器的典型配置是：激光谐振腔，其产生一束激光辐射，以及一个或多个激光放大器，其放大该光束的功率。大多数激光放大器使用块状晶体或光纤作为增益介质。光纤放大器提供了一些便利并且通常是有利的，但是对于产生具有高峰值功率的激光辐射，光纤的小横截面会导致不希望的光学非线性效应，例如拉曼过程将能量转移到其他激光波长并且受激布里渊散射导致激光辐射的部分的背反射。因此，当目标是产生具有高峰值功率的激光辐射时，优选的增益介质通常是块状晶体，通常是激光泵浦。基于块状晶体的放大器包括单通放大器、多通放大器和再生放大器。
2、在单通放大器(最简单的基于块状晶体的放大器形式)中，激光束通过增益晶体一次。当单通放大器放大不充分时，激光光路可以布置成多次通过增益晶体。这是多通放大器和再生放大器中使用的方案。如本文所用，多通放大器指的是激光束通过增益晶体进行有限次数的配置。例如，在基于偏振的方案中，以激光束沿相同路径四次通过增益晶体的方式操控激光束的偏振。在基于角度的方案中，激光束路径的几何布局定义了激光束通过增益晶体的有限次数。至少在基于角度的方案中多于两次通过的情况下，一些或所有通过采用不同的路径通过增益晶体。另一方面，在再生放大器中，激光束路径是一个闭环，允许激光束无限循环，因此在被快速光学开关提取之前可以任意次数地通过增益晶体。再生放大器可以提供非常高的放大率。然而，再生放大器仅适用于脉冲持续时间相对于闭环往返时间较短的脉冲激光器，并且光开关增加了
3、在多通放大器中，主要的复杂性在于折叠光束路径的设计和用于实现该光束路径的光学元件的对准。当增益晶体被激光泵浦时，最佳性能要求每次通过增益晶体时都与泵浦光束在空间上很好地重叠。在概念上简单的设计中，使用不同的反射镜对将激光束在多次通过中的每次通过后重新引导回增益晶体。例如，可以使用两个反射镜对来实现三次通过增益晶体。当需要更多数量的通过时，这种基于反射镜对的方案可能会变得既复杂又庞大。
4、forget等人发表于applied physics b 75,481–485(2002)的“a new3dmultipass amplifier based on nd:yag or nd:yvo4 crystals”中介绍了一种具有更紧凑设计和更少元件的8通路放大器。这个8通路放大器包括反射镜、增益晶体、后向反射器组和透镜。激光束在反射镜和后向反射镜组之间多次反射。增益晶体设置在反射镜和后向反射器组之间的光轴上，透镜设置在增益晶体和后向反射器组之间。透镜与后向反射器组协作以引导激光束的每次通过。每次通过都采用不同的路径并通过透镜的不同离轴部分，但所有通过都会聚在增益晶体的光轴上。当激光束沿朝向增益晶体的方向通过透镜时，透镜将激光束转向光轴以通过增益晶体，同时还将激光束带到增益晶体中或附近的焦点。当激光束在朝向后向反射器组的方向上通过透镜时，透镜准直激光束。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、我们已经意识到，在具有激光泵浦增益晶体的多通激光放大器中，将种子激光束放大到高平均功率需要或至少强烈受益于在增益晶体中具有以下特征的泵浦激光束：(a)例如百瓦或更多的高功率，以及(b)大尺寸，例如，直径至少一毫米。大泵浦光束尺寸用于避免泵浦光束损坏增益晶体。此外，由于当泵浦光束和种子光束在增益晶体中具有可比较的光束尺寸时，由于在激励增益晶体中最大提取可用增益和放大激光束的良好模式质量的最佳性能，相应的大种子光束尺寸可防止种子光束在放大到高平均功率和高峰值功率时损坏增益晶体。大泵浦光束尺寸还降低了增益晶体中的最高温度，并有助于最大限度地减少增益晶体中的热透镜。在增益材料内的高泵浦强度下，热导率的温度依赖性和热光系数的温度依赖性导致热透镜中的像差。这些畸变最终将限制可从放大器提取的放大功率。放大的种子光束的自吸收可能进一步导致热透镜中的像差。出于这个原因，大泵浦光束尺寸也是优选的。此外，较大的泵浦光束尺寸有助于降低寄生自拉曼转换和自相位调制的风险。
2、本文公开的是满足上述条件的新型多通激光放大器设计。目前的多通激光放大器利用无光功率光束控制元件(bse)来保持增益晶体中较大的种子光束尺寸。因此，多通激光放大器能够将连续波或脉冲激光束放大至高平均功率，例如50至100瓦。多通激光放大器可以在高达50,000的净增益下运行。凭借这些能力，多通激光放大器可用于微加工应用，例如放大平均功率仅为1-10毫瓦的皮秒或飞秒激光束，以获得足以用于微加工过程的脉冲能量。本文公开的多通激光放大器代表了对具有基于透镜的光束控制的传统多通激光放大器的实质性改进。
3、在此，无光功率光学元件是至少在光学元件与激光束相互作用的地方具有零光功率或对应于至少一米的焦距的非零光功率的光学元件。术语“无光功率”包括在制造公差范围内具有零光功率的bse，例如，具有入射光功率并与激光束相互作用的bse的任何部分的焦距至少为一米.
4、无光功率bse可以是折射的、衍射的或反射的。在每种情况下，无光功率bse都会多次引导种子光束通过增益晶体。与具有基于透镜的光束控制的传统多通激光放大器相比，目前的无光功率bse不会对种子光束施加任何明显的聚焦，因此通过增益晶体的种子光束尺寸仍然很大。本专利技术的多通激光放大器可以用出人意料的简单和别致的光学布局来实现，因此可以相对紧凑并且包含相对较少的光学元件。
5、一方面，多通激光放大器包括反射镜、反射镜装置、增益晶体和折射或衍射光束控制元件。增益晶体位于反射镜和反射镜装置之间的多通激光放大器的纵轴上。光束控制元件位于增益晶体和反射镜装置之间的纵轴上。光束控制元件没有光功率，并且配置为通过折射或衍射使激光束在反射镜和反射镜装置之间多次通过中的每一次通过偏转，使得多次通过中的每一次通过穿过增益晶体用于激光束的放大，并穿过光束控制元件的远离纵轴一定距离的不同的相应离轴部分。
6、在本专利技术的另一方面，无光功率折射式光束控制元件包括围绕光束控制元件的光轴分布的多个透射楔。每个楔都没有光功率，并且由两个沿光轴面向相反方向的表面限定。两个表面之间的每个楔沿光轴的厚度随着距光轴的距离而减小并且沿围绕光轴的一个方位角方向减小。
7、在本专利技术的又一方面，多通激光放大器包括反射镜、反射镜装置、增益晶体和反射式光束控制元件。增益晶体位于多通激光放大器的纵轴上，在反射镜和反射镜装置之间。反射式光束控制元件位于纵轴上，在反射镜装置和增益晶体的与反射镜相对的一侧。光束控制元件没有光功率并且配置成对于反射镜和反射镜装置之间的激光束的多次通过中的每一次通过反射激光束，使得多次通过中的每一次通过穿过所述增益晶体以放大所述激光束并被光束控制元件的远离所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.多通激光放大器，包括：
2.根据权利要求1所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成对于在朝向所述第一反射镜的方向上的多次通过中的每一次通过，使所述激光束朝向所述纵轴偏转。
3.根据权利要求1或2所述的多通激光放大器，还包括散焦镜，所述散焦镜位于所述纵轴上，在所述反射镜装置和所述增益晶体之间。
4.根据前述任一权利要求所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件远离所述纵轴形成第一和第二非偏转部分或开口，所述第一和第二非偏转部分或开口被配置以传输所述激光束而不偏转以便允许(a)所述激光束通过所述第一非偏转部分或在发射路径上的开口注入到所述多通激光放大器中，在朝向所述增益晶体的方向上第一次通过所述增益晶体，以及(b)激光束在最后一次通过增益晶体之后传播通过第二非偏转部分或喷射路径上的开口时从所述多通激光放大器射出，所述第一次通过在所述多次通过之前，最后一次通过在所述多次通过之后。
5.激光放大系统，包括：
6.根据权利要求4所述的多通激光放大器，其中，在所述纵轴上，所述光束控制元件进一步形成轴上非偏转部分或开口
7.激光放大系统，包括：
8.根据权利要求1至4所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成通过折射使所述激光束偏转，并且包括围绕所述光束控制元件的纵轴分布的一系列透射楔，每个楔由沿着所述纵轴面向相反方向的两个平坦表面限定，其中，所述两个平坦表面之间的每个楔沿着纵轴的厚度随着与所述纵轴的距离而减小并且沿着关于所述纵轴的一个方位角方向减小。
9.根据权利要求8所述的多通激光放大器，其中，所述一系列楔包括六个楔。
10.根据权利要求1至4，权利要求8或9所述的多通激光放大器，其中，所述多次通过由一系列前向和后向通过对组成，并且其中：
11.根据权利要求1至4，或权利要求8至10所述的多通激光放大器，其中，所述第一反射镜是曲面镜，并且所述反射镜装置包括一个或多个曲面镜。
12.根据权利要求1至4，或权利要求8至10所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成通过衍射偏转所述激光束并且包括围绕所述光束控制元件的纵轴分布的一系列衍射光学元件。
13.无光功率折射式光束控制元件，包括：
14.根据权利要求13所述的光束控制元件，其中，所述一系列楔包括六个楔。
15.根据权利要求13或14所述的光束控制元件，其中，所述一系列楔被布置为一系列楔对，每个楔对包括所述楔中的两个并且关于由所述光轴跨越的平面中的反射和所述楔对的两个楔之间的关联径向轴对称。
16.根据权利要求15所述的光束控制元件，其中，所述楔对是相同的。
17.根据权利要求15所述的光束控制元件，其中，所述一系列楔对进一步被两个相应的非楔形部分中断两次，每个非楔形部分由沿所述光轴面向相反方向的两个平行表面限定。
18.根据权利要求17所述的光束控制元件，其中，所述光束控制元件是整体的。
19.根据权利要求18所述的光束控制元件，其中，由与所述光轴正交的两个平行表面限定所述光束控制元件的与所述光轴相交的中央部分。
20.根据权利要求15所述的光束控制元件，还包括固定装置，其中：
21.根据权利要求20所述的光束控制元件，其中，所述棱镜被布置成在其间形成两个开口，每个开口远离所述光轴。
22.根据权利要求21所述的光束控制元件，其中，所述棱镜位于距所述光轴一定距离处。
23.根据权利要求20所述的光束控制元件，包括三个棱镜。
24.根据权利要求23所述的光束控制元件，其中，所述三个棱镜围绕所述光轴分别以0、+135和-135度的方位角为中心。
25.根据权利要求20所述的光束控制元件，其中，所述棱镜是相同的。
26.多通激光放大器，包括：
27.根据权利要求26所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成对于在朝向所述第一反射镜的方向上的多次通过中的每一次通过，使所述激光束朝向所述纵轴转向。
28.根据权利要求26或27所述的多通激光放大器，还包括散焦镜，所述散焦镜位于所述纵轴上，在所述反射镜装置和所述增益晶体之间。
29.根据权利要求26至28所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件远离所述纵轴形成第一和第二透射部分或开口，所述第一和第二非偏转部分...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.多通激光放大器，包括：
2.根据权利要求1所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成对于在朝向所述第一反射镜的方向上的多次通过中的每一次通过，使所述激光束朝向所述纵轴偏转。
3.根据权利要求1或2所述的多通激光放大器，还包括散焦镜，所述散焦镜位于所述纵轴上，在所述反射镜装置和所述增益晶体之间。
4.根据前述任一权利要求所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件远离所述纵轴形成第一和第二非偏转部分或开口，所述第一和第二非偏转部分或开口被配置以传输所述激光束而不偏转以便允许(a)所述激光束通过所述第一非偏转部分或在发射路径上的开口注入到所述多通激光放大器中，在朝向所述增益晶体的方向上第一次通过所述增益晶体，以及(b)激光束在最后一次通过增益晶体之后传播通过第二非偏转部分或喷射路径上的开口时从所述多通激光放大器射出，所述第一次通过在所述多次通过之前，最后一次通过在所述多次通过之后。
5.激光放大系统，包括：
6.根据权利要求4所述的多通激光放大器，其中，在所述纵轴上，所述光束控制元件进一步形成轴上非偏转部分或开口，并且所述反射镜装置形成轴上透射部分或开口，以便使所述激光束通过所述反射镜装置的所述轴上透射部分或开口进出所述多通激光放大器，使进行两次轴上通过所述多通激光放大器。
7.激光放大系统，包括：
8.根据权利要求1至4所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成通过折射使所述激光束偏转，并且包括围绕所述光束控制元件的纵轴分布的一系列透射楔，每个楔由沿着所述纵轴面向相反方向的两个平坦表面限定，其中，所述两个平坦表面之间的每个楔沿着纵轴的厚度随着与所述纵轴的距离而减小并且沿着关于所述纵轴的一个方位角方向减小。
9.根据权利要求8所述的多通激光放大器，其中，所述一系列楔包括六个楔。
10.根据权利要求1至4，权利要求8或9所述的多通激光放大器，其中，所述多次通过由一系列前向和后向通过对组成，并且其中：
11.根据权利要求1至4，或权利要求8至10所述的多通激光放大器，其中，所述第一反射镜是曲面镜，并且所述反射镜装置包括一个或多个曲面镜。
12.根据权利要求1至4，或权利要求8至10所述的多通激光放大器，其中，所述光束控制元件配置成通过衍射偏转所述激光束并且包括围绕所述光束控制元件的纵轴分布的一系列衍射光学元件。
13.无光功率折射式光束控制元件，包括：
14.根据权利要求13所述的光束控制元件，其中，所述一系列楔包括六个楔。
15.根据权利要求13或14所述的光束控制元件，其中，所述一系列楔被布置为一系列楔对，每个楔对包括所述楔中的两个并且关于由所述光轴跨越的平面中的反射和所述楔对的两个楔之间的关联径向轴对称。
16.根据权利要求15所述的光束控制元件，其中，所述楔对是相同的。
17.根据权利要求15所述的光束控制元件，其中，所述一系列楔对进一步被两个相应的非楔形部分中断两次，每个非楔形部分由沿所述光轴面向相反方向的两个平行表面限定。
18.根据权利要求17所述的光束控制元件，其中，所述光束控制元件是整体的。
19.根据权利要求18所述的光束控制元件，其中，由与所述光轴正交的两个平行表面限定所述光束控制元件的与所述光轴相交的中央部分。
20.根据权利要求15所述的光束控制元件，还包括固定装置，其中：
21.根据权利要求20所述的光束控制元件，其中，所述棱镜被布置成在其间形成两个开口，每个开口远离所述光轴。
22.根据权利要求21所述的光束控制元件，其中，所述棱镜位于距所述光轴一定距离处。
23.根据权利要求20所述的光束控制元件，包括三个棱镜。
24.根据权利要求23所述的光束控制元件，其中，所述三个棱镜围绕所述光轴分别以0、+135和-135度的方位角为中心。
25.根据权利要求20所述的光束控制元件，...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·O·舍费尔，L·麦当那奇，R·克纳佩，
申请(专利权)人：相干凯撒斯劳滕有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。