一种碟片激光放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种碟片固体激光放大器，包括同轴共轭放置的两抛物面反射镜，形成抛物面反射镜组，每个抛物面反射镜的顶点处设置有一碟片激光晶体，两碟片激光晶体的端面法线分别与其对应的抛物面反射镜的中轴呈一定倾角，且两个倾角不相等，泵浦光和种子激光分别从抛物面反射镜上的泵浦光入口和激光入口平行于光轴射入到由所述反射镜组的两抛物面反射镜形成的聚光腔中，并在该聚光腔中多次反射后交替会聚于两碟片激光晶体上，实现对两碟片激光晶体的多次泵浦和对激光的多次放大。本发明专利技术的碟片固体激光放大器对泵浦光束吸收效率高，可以对种子激光实现高效的放大，并保持较好的光束质量，并且整体系统结构简单、易于安装、调试。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光器
，具体涉及一种碟片激光放大器。
技术介绍
激光技术自上世纪六十年代至今高速发展，同时，又与其他高新技术相互渗透，在材料加工、医疗、军事、测量及科学实验研究等众多领域有越来越广泛的应用。其中，固体激光器具有体积小，重量轻，成本低，使用维护方便等优势，成为激光器家族中独特的一个分支，并向着高平均功率、高光束质量、高转换效率的方向快速发展。然而传统的棒状固体激光器和棒状固体激光放大器，由于其侧面泵浦的结构和冷却方式的局限性，导致了晶体内部产生径向温度场分布，引起了热透镜效应、热应力双折射等问题，造成输出激光光束质量的下降，不利于在激光加工技术等领域的应用。为获得高光束质量激光输出，往往采用提高 基模体积、增大谐振腔损耗等手段抑制高阶模式的产生，相同条件下，这样的工作模式获得输出功率一般明显低于多模(低光束质量)工作模式，因此在获得高光束质量的种子光源后，利用激光放大器对入射激光进行放大，可以在保持较高的光束质量的同时获得更高的输出功率。传统激光放大器一般采用棒状增益介质或板条状增益介质，种子激光再通过被泵浦的增益介质过程中被放大。为了获得较高的输出功率，往往需要多级棒状增益介质，或采用复杂的光学系统使被放大激光多次通过板条状增益介质。这两种激光放大器均存在以下问题激光晶体内部温度梯度方向与被放大激光传播方向垂直，显著的热透镜效应会在放大过程中不断劣化被放大激光光束质量。不易同时获得高功率、高光束质量的激光输出。其次，被放大激光在传播过程中，光束截面尺寸不断变化，实现泵浦区域尺寸与被放大激光尺寸相匹配是十分困难的。作为新型的激光增益介质，碟片状激光晶体作为增益介质在碟片固体激光器上已取得了极大成功。这种类型的激光晶体也适用于激光放大器。因为其特殊的几何结构，客服了传统放大器中棒状增益介质固有的显著的热透镜效应，特别是以三价Yb离子掺杂的YAG碟片激光晶体，具有生热率小，导热率高等特点。碟片状晶体一般采用端面泵浦方式，晶体中热流方向与光轴方向平行。由于激光晶体厚度很小，因而即使在泵浦功率密度很高时，晶体内部的升温也不会很大，晶体内部增益区内温度径向均匀分布，极大消除了晶体的热形变。因为碟片状激光晶体具有可承受泵浦功率高，热畸变小等优势，相比传统棒状增益介质，以这种碟片状激光晶体作为增益介质的激光放大器，可以在实现较高增益系数，获得较高的放大效率的同时，有效的避免波前畸变和脉冲形状畸变。碟片激光晶体厚度一般为几百微米，若采用传统的端面单次泵浦，因为吸收长度小，所以吸收效率较低；在激光放大中，采用传统的单程放大，因为放大长度小，所以不易获得较大的放大倍率和较高的能量提取效率。为了使泵浦光被充分吸收，并实现较高的放大倍率，高效的多次泵浦技术和多次放大技术是碟片激光放大器的关键技术。这两项关键技术均是要利用一定的光学系统使特定光束多次聚焦于碟片晶体上并被吸收或放大。S. Erhard等人提出的单抛物面光束空间旋转多次泵浦技术的方案，可以实现16次或32次泵浦过程，并成功的应用于高功率碟片固体激光器和碟片激光放大器中，但是这种多次泵浦技术存在的主要问题是机械结构复杂，光学调整难度较高。而且这种方案下，对输入泵浦光束的光束质量要求较高。同时这种多次泵浦技术在空间上只允许一路光束多次聚焦于碟片，很难同时实现多次泵浦和多次放大，不易实用于高效的激光放大器。德国斯图加特大学A. Giesen等人采用上述S. Erhard等人专利技术的多次泵浦方案泵浦的碟片激光晶体作为增益介质，专利技术了一种基于多反射镜阵列的碟片激光放大器，其设计思想是，经过准直的种子激光入射碟片激光晶体并被放大、发射，被反射的激光束被特定位置、特定角度放置的平面反射镜和曲面反射镜反射，使其再次入射至碟片激光晶体，实现多次放大。被放大的次数与所放置的反射镜个数、即其放置的位置、角度相关。这种碟片激光放大器实现了利用碟片状激光晶体对种子激光多次放大。但是，反射镜阵列中，每个反射镜角度均不相同，安装、调试难度大。光束在放大、传播过程中，截面尺寸不断增加，无法保证各次放大过程中均与碟片激光晶体的泵浦区域相匹配
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服上述现有技术存在的问题及缺点，提供一种碟片激光放大器，该碟片激光放大器对泵浦光束吸收效率高，对泵浦源、泵浦光束复合准直整形要求低，利用独特的光学结构，同时实现对泵浦光的多次吸收和对激光的多次放大。系统机械结构简单、紧凑，制造、装配容易，可以对种子激光实现高效的放大，并保持其较好的光束质量。本专利技术的技术方案为一种碟片固体激光放大器，包括同轴共轭放置的两抛物面反射镜，形成抛物面反射镜组，其中每个抛物面反射镜的顶点处设置有一碟片激光晶体，两碟片激光晶体的端面法线分别与其对应的抛物面反射镜的光轴呈一定倾角，且两个倾角不相等，泵浦光和种子激光分别从抛物面反射镜上的泵浦光入口和激光入口平行于光轴射入到由所述两抛物面反射镜形成的聚光腔中，并在该聚光腔中多次反射后交替会聚于两碟片激光晶体上，实现对两碟片激光晶体的多次泵浦和对激光的多次放大。冷却系统用于碟片状激光晶体的冷却，面形函数相同的二个抛物面反射镜同轴共轭放置，其中一个抛物面反射镜的顶点位于另一个抛物面反射镜的焦点处。第一碟片激光晶体被连接在一定的冷却结构上并放置于第一抛物面反射镜的顶点处，且第一碟片激光晶体端面法线与第一抛物面反射镜的光轴之间的倾角β为1-5度；第二碟片激光晶体被连接在一定的冷却结构上并放置于第二抛物面反射镜的顶点处，且第二碟片激光晶体与第二抛物面反射镜的光轴之间的倾角α为1-5度，且α古β ;—个条形泵浦光入口被设计在第一抛物面反射镜上，且其几何中心相对第一碟片激光晶体沿慢轴正方向偏移一定距离，一个圆形或矩形激光入口设计在第一或二抛物面反射镜上，且其几何中心相对第一、第二碟片激光晶体沿慢轴负方向偏移一定距离；或者两个条形泵浦光入口设计在第一抛物面反射镜上，且其几何中心沿慢轴正方向对称的分布于第一碟片激光晶体两侧；或者两个条形泵浦光入口设计在第一抛物面反射镜上，且其几何中心沿慢轴正方向对称的分布于第一碟片激光晶体两侧，一个圆形或矩形激光入口设计在第一或二抛物面反射镜上，且其几何中心相对第一、第二碟片激光晶体沿快轴方向偏移较小距离；一个圆形或矩形激光出口设计在第二抛物面反射镜上，且其几何中心相对激光入口沿快轴方向偏移一定距离；一组或两组半导体激光器叠阵发出的泵浦光经光束复合器复合、泵浦光束准直器准直，从条形泵浦光入口进入由第一抛物面反射镜、第二抛物面反射镜、第一碟片激光晶体、第二碟片激光晶体组成的多次泵浦聚光腔，在多次泵浦聚光腔内，由所述的第一抛物面反射镜、第二抛物面反射镜、第一碟片激光晶体、第二碟片激光晶体聚焦、准直、偏转多次会聚于第一碟片激光晶体、第二碟片激光晶体上；种子激光直接或先经过预放大级经过一定的光学系统以与准直泵浦光束近似的发散角由激光入口进入由一抛物面反射镜、第二抛物面反射镜、第一碟片激光晶体、第二碟片激光晶体组成多次放大腔，被多次放大的激光由激光出口输出。通过平面全反镜或曲面全反镜将多个多次泵浦(放大)聚光腔串接并构成多级激光放大器，增加种子激光通过碟片状激光晶体的总次数，即增大了放大长度，以获得更高功率的激光输出。所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碟片固体激光放大器，包括同轴共轭放置的两抛物面反射镜(4，5)，形成抛物面反射镜组，其中每个抛物面反射镜的顶点处设置有一碟片激光晶体(6，7)，两碟片激光晶体的端面法线分别与其对应的抛物面反射镜的中轴呈一定倾角，且两个倾角不相等，泵浦光和种子激光分别从抛物面反射镜上的泵浦光入口和激光入口平行于光轴射入到由所述两抛物面反射镜(4，5)形成的聚光腔中，并在该聚光腔中多次反射后交替会聚于两碟片激光晶体(6，7)上，实现对两碟片激光晶体(6，7)的多次泵浦和对激光的多次放大。2.根据权利要求I所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)和激光入口(13)分别设置在所述两个抛物面反射镜中的第一抛物面反射镜(4)和第二抛物面反射镜(5)上。3.根据权利要求I所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)和激光入口(13)均位于所述两个抛物面反射镜中的第一抛物面反射镜(4)或第二抛物面反射镜(5)上。4.根据权利要求1-3之一所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)的几何中心和所述激光入口(13)的几何中心均相对碟片激光晶体(6，7)沿慢轴或快轴方向偏移一定距离。5.根据权利要求2-4之一所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)有多个，对称设置在第一抛物面反射镜(4)或第二抛物面反射镜(5)中轴线两侧。6.根据权利要求1、3、4或5所述的碟片固体激光放大器，其特征在于，泵浦光入口(13)与激光入口(9)重合，泵浦光和种子激光从所述重合的入口入射到...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓，尚建立，朱广志，许昌云，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉梅曼科技有限公司，
类型：发明
国别省市：