用于被低温冷却的激光放大器的方法和系统技术方案

用于被低温冷却的激光放大器的方法和系统。一种激光放大器系统，包含具有纵向轴的增益介质，以及大体上平行于该纵向轴的多个侧面。该激光放大器系统，还包含具有多个内表面的波导。每一内表面被光学耦合到该增益介质的多个侧面之一。该波导还包含多个外表面。该激光放大器系统，还包含包层，被光学耦合到该波导的外表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于被低温冷却的激光放大器的方法和系统交叉参考相关申请本申请要求2011年6月13日递交的、标题为“Method and System forCryocooled Laser Amplifier”的美国临时专利申请序号N0.61/496, 481的优先权，在此全文引用该临时专利申请的公开内容，供所有场合参考。有关在联邦赞助的研究和开发展下完成的专利技术的权利声明按照用于Lawrence Livermore National Laboratory 工作的美国能源部与Lawrence Livermore National Security, LLC之间的合同号N0.DE-AC52-07NA27344,美国政府在本专利技术中享有权利。
技术介绍
镱掺杂的YAG (Yb = YAG)已经被用作固态激光器增益介质，用于高功率二极管泵激的固态激光器。Yb在940nm上有宽广的18nm宽的吸收带，并在1030nm上产生增益。YbiYAG激光器和放大器，能够在由高功率1064nm的Nd = YAG激光器/放大器服务的一些应用中被使用，而倍频到515nm的频率能够允许在先前由514nm氩离子激光器服务的一些应用中使用。尽管在固态激光器和放大器系统的发展中取得了进展，但本领域存在关于固态激光器的改进的方法和系统的需求。
技术实现思路
本专利技术一般涉及激光器系统。更具体地说，本专利技术涉及用于低温冷却的激光放大器的方法和系统，其中增益介质被冷却到预定的温度，同时用于吸收来自增益介质的被放大的自发发射的材料，被操作在比增益介质更高的温度上。只作为例子，本专利技术已经被应用于有热隔离边缘吸收体的低温冷却的放大器组件。该方法和系统能够被应用于各种其它激光放大器体系结构和激光器系统。按照本专利技术的实施例，激光增益材料被操作在低温温度上，而吸收边缘包层被操作在较高温度上，以降低致冷要求并从而增加系统效率。在一些实施例中，低温冷却的增益介质被利用，其中用于吸收诸如ASE的寄生辐射的边缘包层，则被操作在较热的温度上。热隔离能够取光学波导以及增益介质与边缘包层之间的自由空间耦合的形式。本专利技术的实施例，可应用于Yb以及其他低温冷却的增益介质，并能够按反射式和透射式放大器两种几何配置被实施。按照本专利技术的实施例，一种激光放大器系统被提供。该激光放大器系统包含增益介质，该增益介质具有纵向轴和大体上平行于该纵向轴的多个侧面。该激光放大器系统还包含波导，该波导具有多个内表面。每一内表面被光学I禹合到该增益介质的多个侧面之一。该波导还具有多个外表面。该激光放大器系统还包含包层，该包层被光学耦合到该波导的外表面。按照本专利技术另一个实施例，一种反射光学放大器被提供。该反射光学放大器包含增益元件，该增益元件有输入/输出侧面和背侧面。该增益元件包含增益介质，该增益介质有宽度、长度和小于该宽度和长度的厚度。该增益元件还包含波导和边缘吸收体，该波导部分地包围该增益介质，该边缘吸收体部分地包围该波导。该反射光学放大器还包含反射元件和冷却元件，该反射元件被布置在靠近该背侧面，该冷却元件被布置在靠近该反射元件。按照本专利技术的特定实施例，一种光学放大器系统被提供。该光学放大器系统，包含沿纵向方向排列的一组放大器单元。每一放大器单元包含增益板条，可操作的用于放大沿纵向方向传播的光，并且沿横向方向和侧向方向产生ASE。该横向方向垂直于纵向方向，而该侧向方向垂直于该纵向方向和该横向方向。每一放大器单兀还包含波导和一组反射器，该波导光学上被耦合到该增益板条的周边部分，该组反射器被光学耦合到该波导，且可操作的用于反射沿该横向方向传播的ASE。每一放大器单元，还包含一组冷却导向器。该组冷却导向器的每一片，被耦合到反射器之一，并可操作的用于引导冷却流体沿横向方向流动。每一放大器单元，另外包含一个或多个吸收边缘包层，被光学耦合到该波导，并可操作的用于吸收沿侧向方向传播的ASE。该光学放大器系统还包含冷却系统，该冷却系统可操作的用于提供沿横向方流动的冷却剂流。按照本专利技术另一个特定的实施例，一种操作激光放大器的方法被提供。该方法包含:提供具有纵向轴、横向轴和侧向轴的增益介质；和泵激该增益介质。该方法还包含:弓丨导光沿该纵向轴通过该增益介质；和在增益介质中放大该光。该方法还包含:冷却该增益介质，使该增益介质的特征在于第一温度；和在增益介质中产生ASE。该ASE沿横向轴和侧向轴传播。此外，该方法包含:引导ASE通过光学上被耦合到该增益介质的波导；和在被光学耦合到该波导的边缘包层中，吸收一部分ASE。该包层的特征在于高于第一温度的第二温度。借助本专利技术，众多优于常用技术的好处被获得。例如，本专利技术的实施例，提供的脉冲激光器系统，产生大的脉冲能量并操作在高的重复率上(即，高的平均功率)。在一些实施例中，增益介质的冷却，与常用技术相比，改进固有的激光器效率和贮存寿命(storagelifetime)。通过降低用于冷却被放大自发发射吸收体的电功率的量，本专利技术的实施例提供比常用系统更高的系统效率。一些实施例，从增益介质的紧邻移除吸收边缘包层，从而显著改进系统效率。本专利技术的这些和其他实施例，以及许多它的优点和特性，结合下文和附图更详细地被描述。【附图说明】图1按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明作为温度函数的性能系数的倒数；图2A按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在若干冷却配置中，作为Nd掺杂玻璃增益介质的峰值泵激功率函数的激光器系统效率；图2B按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在若干冷却配置中，作为200K上YbiYAG增益介质的峰值泵激功率函数的激光器系统效率；图2C按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在若干冷却配置中，作为150K上YbiYAG增益介质的峰值泵激功率函数的激光器系统效率；图2D按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在若干冷却配置中，作为200K和150K上Yb = YAG和Nd:玻璃增益介质的峰值泵激功率函数的激光器系统效率；图3A是简化示意图，按照本专利技术实施例，画出有低温冷却的放大器板条配置的端视图；图3B是简化示意图，按照本专利技术实施例，画出通过图3A所示放大器板条配置的横截面；图4按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在各种不同配置中，通过波导的传导的热负荷；图5是简化横截面示意图，按照本专利技术实施例，画出锥形的波导；图6A是按照本专利技术一实施例的与主动地冷却的反射镜集成的波导配置的简化横截面图；图6B是图6A所示的与主动地冷却的反射镜集成的波导配置的简化端视图；图7A是按照本专利技术实施例的有低温冷却的放大器板条几何配置的简化端视图；图7B是图7A所示放大器板条几何配置的简化平面图；图7C是按照本专利技术实施例的有低温冷却和气体成形(shaping)的放大器板条几何配置的简化端视图；图8A是按照本专利技术实施例的有流动挡板的放大器板条几何配置的简化端视图；图8B是图8A所示放大器板条几何配置的简化平面图；图9是按照本专利技术另外实施例的波导配置的简化平面图；图1OA按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在若干冷却配置中，操作在200K上的Yb = YAG增益介质；图1OB按照本专利技术实施例，画出简化的曲线，表明在若干冷却配置中，操作在150K上的Yb = YAG增益介质；图1OC按照本专利技术实施例，画出简化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光放大器系统，包括：增益介质，其特征在于在操作期间的第一温度；和包层，其特征在于在操作期间的大于该第一温度的第二温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.13 US 61/496,4811.一种激光放大器系统,包括: 增益介质，其特征在于在操作期间的第一温度；和包层，其特征在于在操作期间的大于该第一温度的第二温度。2.权利要求1的激光放大器系统，其中该第二温度大体上为室温。3.权利要求1的激光放大器系统，其中该增益介质具有纵向轴和大体上平行于该纵向轴的多个侧面。4.权利要求1的激光放大器系统，其中该增益介质包括矩形板条，该矩形板条具有大于沿纵向轴测量的厚度的垂直于纵向轴的宽度和长度。5.权利要求1的激光放大器系统，其中该增益介质包括Yb:YAG或Yb= CaF2中的至少之O6.权利要求1的激光放大器系统，还包括: 波导，具有: 多个内表面，每一内表面光学上被耦合到该增益介质的多个侧面之一；和 多个外表面；以及 包层，被光学耦合到该波导的外表面。7.权利要求6的激光放大器系统，其中该增益介质是可操作的用于放大增益波长上的光。8.权利要求7的激光放大器系统，其中该波导在增益波长上是大体上透明的。9.权利要求7的激光放大器系统，其中该包层在增益波长上是吸收的。10.权利要求5的激光放大器系统，其中该波导是锥形的，使该内表面的特征在于第一表面面积并且该外表面的特征在于小于该第一表面面积的第二表面面积。11.一种反射光学放大器，包括: 增益元件，具有输入/输出侧面和背侧面，该增益元件包括: 增益介质，具有宽度、长度以及小于该宽度和该长度的厚度； 波导，部分地包围该增益介质；和 边缘吸收体，部分地包围该波导； 反射元件，被布置成靠近该背侧面；以及 冷却元件，被布置成靠近该反射元件。12.权利要求11的反射光学放大器，其中该增益介质包括镱活性物质。13.权利要求12的反射光学放大器，其中该增益介质包括YAG或CaF2基质晶体中的至少之一。14.权利要求11的反射光学放大器，其中该增益介质包括被布置在基质晶体中的活性物质，且该波导包括该基质晶体。15.权利要求14的反射光学放大器，其中该边缘吸收体包括基质晶体中的吸收物质。16.权利要求11的反射光学放大器，其中该反射兀件包括电介质堆反射镜。17.权利要求11的反射光学放大器，其中该冷却元件包括冷却面，该冷却面具有近似等于宽度乘长度的空间尺寸。18.权利要求11的反射光学放大器，其中该增益介质的特征在于在操作期间的第一温度，而该边缘吸收体的特征在于在操作期间的大于该第一温度的第二温度。19.权利要求18的反射光学放大器,其中该第二温度大体上为室温。20.—种光学放大器系统,包括: 一组放大器单兀，沿纵向方向排列，其中每一放大器单兀包括: 增益板条...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·德里，A·C·厄尔兰德森，A·J·拜拉米安，R·J·比奇，
申请(专利权)人：劳伦斯利弗摩尔国际安全有限责任公司，
类型：
国别省市：