专利名称：高功率tem的制作方法
技术领域：
本发明涉及高功率脉冲放大激光器。
背景技术：
在本领域中希望主振荡器功率放大器(MOPA)具有等于15瓦或大于15瓦的输出。通常，为了脉冲高功率的应用，使用可靠的Nd:YAG激光器作为种子激光器和放大器。典型地，由于不存在重叠受激发射光谱的问题，因此这种种子激光器与Nd:YAG放大器相匹配。而且，由于可利用的Nd:YAG晶体的尺寸大并且质量高，因此Nd:YAG晶体被用作一个用于单一纵模应用的放大器。然而，这种激光器会遭受模畸变。在Nd:YAG晶体中的热透镜会引发消偏振，这会阻止在TEM00或受衍射限制的模下获得高重复频率和高平均功率。在低功率的应用中，已经提出用于Nd:YAG种子激光器的Nd:YVO4放大器；然而，考虑到它们限于由于热效应而需以等于或小于二(2)瓦泵浦的应用中，并且多程结构变得复杂。二(2)瓦的泵浦功率对于脉冲高功率应用是不够的。参见美国专利No.6,373,864(Georges)。为提供高功率放大激光器所作的努力经常采用复杂的多程系统。在本领域中仍然需要高功率简单的单程脉冲放大激光器。
发明内容
根据本发明提供一种单程脉冲高功率激光器。期望的单程放大激光器是由于这种激光器的简单性、有效性和可靠性。根据本发明，该激光器包括一个Q切换种子激光器，在具有M2＜2的模质量的TEM00模下以预选波长发射激光以提供脉冲种子光束。提供一个或多个实质上非消偏振的光学放大器介质，例如Nd:YVO4晶体，以与种子激光器进行光通信。光学放大器介质具有与所述预选波长重叠的受激发射光谱。提供一个泵浦源例如二极管，其与所述光学放大器介质进行光通信以提供等于或大于15瓦的泵浦功率，从而激励光学放大器介质并且放大脉冲种子光束。合成的激光器以来自于种子光束的单程的预选波长产生等于或大于15瓦的输出功率。该激光器具有简单的设计并且不需要复杂的多程构造。避免了与Nd:YAG放大器遇到的热消偏振问题。
在本发明的另一方面，提供一个温度控制器用于通过增加受激发射光谱和种子光束波长之间的重叠度，在所选择的预选的范围内调节光学放大器介质的温度，从而提高种子光束的放大率。
本发明的一个目的是提供一种脉冲高功率TEM00模激光器，具有通过放大器介质的种子光束的单程。
本发明的一个目的是提供一种脉冲高功率TEM00模激光器，具有降低的模畸变。
本发明的一个目的是提供一种放大Q切换脉冲高功率激光器，在TEM00模下具有等于或大于15瓦的功率输出。
本发明的一个目的是提供一种放大脉冲高功率激光器，在TEM00模下具有等于或大于50瓦的功率输出。
本发明的一个目的是提供一种放大脉冲高功率激光器，在TEM00模下具有等于或大于15瓦的功率输出并且具有单一的纵模。
本发明的一个目的是提供一种多级放大脉冲高功率激光器，其中每一级使用等于或大于15瓦的泵浦功率来泵浦。
本发明的一个目的是提供一种多级放大脉冲高功率激光器，其中每一级使用等于或大于25瓦的泵浦功率来泵浦。
本发明的一个目的是克服与使用基于Nd:YAG的放大器的脉冲高功率放大激光器遇到的热消偏振问题。
本发明的一个目的是提供一种脉冲高功率激光器，具有能够供给各种种子激光器的放大器。
本发明的一个目的是降低在脉冲高功率激光器中通过的数量。
本发明的一个目的是提供脉冲高功率可靠单程放大器。
本发明的一个目的是提供一种简单模块放大器，其所提高的功率基本上与模块的数量成比例。
应该理解，本发明的每个实施例不是必须达到本发明的每个目的。
本发明的优选实施例用附图和实施例描述。然而，应该清楚地理解，本发明不单限于该示意性实施例。
图1是根据本发明的激光器的示意图。
图2是图1的激光器的部分平面图。
图3是根据本发明的用于放大器介质的温度控制系统的示意图。
图4A是根据本发明的放大器介质冷却组件的侧面透视图。
图4B是根据本发明的放大器介质冷却组件的底透视图。
图5A是根据本发明的时间脉冲的图形表示。
图5B是根据本发明的横模的图形表示。
图6是示出了在根据本发明的激光器的功率输出上的放大器温度效应的图表。
具体实施例方式
根据本发明，提供一种脉冲激光器。该激光器包括一个Q切换种子激光器，其在模质量为M2＜2的TEM00模下以预选波长发射激光，提供一个功率为从0.1到50瓦，最好为1到25瓦的脉冲种子光束。优选地，以单一的纵模使用脉冲传送该种子光束。最好是，该种子激光器是一个Nd:YAG激光器，其提供一个功率为1到25瓦的种子光束。可选地，可以使用光纤激光器或固态激光器而不是Nd:YAG例如Nd:YVO4。最好是，以1Khz到300Khz，最好是1到150Khz，希望是1到150Khz，例如10到50Khz的高重复频率操作该激光器。
提供一个或多个基本上非消偏振的Nd:YVO4或Nd:GVO4光学放大器介质晶体，优选Nd:YVO4晶体，用于与种子激光器进行光通信。优选地，使用两个或多个光学放大器介质，最好是四到八个，例如四个光学放大器介质。优选地，将该激光器构造成用于单程操作。该光学放大器介质具有与种子激光器的预选波长重叠的受激发射光谱。提供一个泵浦源，例如二极管，优选二极管阵列，用于与该光学放大器介质进行光通信以提供等于或大于15瓦的泵浦功率，从而激励放大器介质并且放大脉冲种子光束。优选地，将15瓦到100瓦的泵浦功率施加到每个光学放大器介质中，最好是20到60瓦。最好是，放大器晶体是端面泵浦的。合成的激光器以预选波长产生等于或大于15瓦的输出功率。最好是，在每个光学放大器介质中获得大约10瓦或大于10瓦的输出功率。最好是，根据本发明的激光器能够产生具有单一纵模的脉冲高功率光束。与多程结构相比，该激光器是简单、有效且较可靠的，同时仍然产生脉冲高功率输出。
在本发明的另一个方面，提供一个温度控制器以在选择的预选范围内调节光学放大器媒质的温度，以便通过增加受激发射光谱和种子光束波长之间的重叠度来提高种子光束的放大率。如图6所示，在等于或小于几度的所期望的范围内优选在1℃的范围内，最好在0.5℃的范围内，对晶体温度进行控制能够提高效率，增加功率输出。能够直接或间接地冷却该放大器介质。
优选地，当使用晶体发射激光介质作为种子激光器时，优选控制激光器晶体的温度。可以如公知现有技术那样直接或间接地冷却该激光器。对该温度进行控制以便可以轻微地调节从种子激光器中所传播出的光束的波长，用于提高放大器介质的受激发射光谱和种子光束之间的重叠度。
最好是，沿着放大光束的路径在该光束被下一个放大器接收到之前提供一个准直仪。该准直仪优选用于三个目的。第一，通过对从先前的放大器介质中所传播出的光束在其通过下一个放大器介质之前进行准直，能够基本上补偿在光学放大器中的热透镜效应。第二，除了补偿热透镜效应，最好是准直光学装置能够对种子光束进行成形，以便为了具有最大的放大效率而提供一种在泵浦光束和种子光束之间能够匹配的好模。第三，该准直仪调节放大光束的光点尺寸以在放大器介质中获得一个优选的光束强度。优选地，沿着放大光束的路径在该光束被下一个放大器介质接收到之前提供一个与每个光放大器介质进行光通信的准直仪。该准直仪可以是一个透镜，或者一个曲面镜，多个曲面镜，多个透镜，或者用于在与一个或多个光学放大器介质进行光通信中提供的多个镜子和多个透镜的组合。可选地，可以通过在晶体的一端或两端研磨凹曲度来在晶体放大器介质的一端或者两端提供该准直仪。该准直仪的一个目的是将种子光束与在端面泵浦系统中的二极管泵浦光束基本上模匹配。在放大器介质中的种子光束的光点尺寸被设计成使得种子光束的强度优选在所述放大器介质的饱和强度的101到105倍的范围内，这里对于四级激光系统，例如，Nd:YVO4或Nd:GVO4而言，饱和强度等于Isat＝h/(21*f)。例如，Nd:YVO4放大器介质的饱和强度近似为1.3×103瓦/厘米2。由于种子光束的强度在饱和强度的101到105倍最好是为102到104倍的范围内，因此种子光束的单程对提取存储在放大器介质中的相当大量的可用增益是有效的。在这种情况下，到放大器介质的多于一次通过将不会产生有意义的功率增益，并且不利的是，会使整个系统的设计复杂化。优选地，初始种子光束依靠其模和形状受控于准直光学装置，从而在第一放大器介质中获得期望的光束强度，并且与泵浦光束模匹配。
合成的激光器在几乎不具有模畸变的TEM00模下具有15瓦或优选大于50瓦或最好是等于或大于100瓦的脉冲高功率输出。最好是，输出光束具有单一纵模。基本上避免了通常由Nd:YAG激光器遇到的消偏振问题。提供一种具有脉冲高功率输出的简单单程系统。
在本发明的另一个方面，提供一个用于提供具有模块放大器的脉冲高功率激光器的系统，这里功率输出的升高基本上与所增加的放大器模块的数量成比例。最好是，每个放大器模块的功率输出是等于或大于10瓦，优选为15到20瓦或更多。该激光器包括一个Q切换种子激光器，其提供在具有M2＜2的模质量的TEM00模下并且在单程种子光束路径上的一个具有预选波长的脉冲种子光束。提供第一或第二或更多的附加放大器模块最好是4个或更多。每个放大器模块具有一个非消偏振Nd:YVO4或Nd:GVO4光学放大器晶体，用于在入口端接收脉冲种子光束并且向出口端传送一个放大种子光束。该光学放大器晶体具有与种子激光器的波长重叠的受激发射光谱。提供一个泵浦源，用于与所述光学放大器晶体进行光通信以提供等于或大于15瓦的泵浦功率，从而激励光学放大器晶体并且放大种子光束。第一放大器模块位于种子光束路径上以接收和放大种子光束并且在第一模块出口路径上传送放大种子光束。第二放大器模块位于第一模块出口路径上以通过第二模块单程接收和放大来自第一模块的放大种子光束并且在第二模块出口路径上传送一个放大种子光束。沿第一模块出口路径在沿该路径的一个位置上设置一个准直仪，以至于在放大种子光束通过光学放大器晶体之前该放大种子光束通过该准直仪。每个附加放大器模块位于先前放大器模块的模块出口路径上，以通过附加模块单程接收和放大来自先前模块的放大种子光束并且在附加模块的出口路径上传送一个放大种子光束。在放大种子光束通过光学放大器晶体以对附加放大种子光束进行准直以前，沿先前放大器模块的所述模块出口路径在一个点设置每个附加放大器模块的附加准直仪。最后的附加放大器模块出口路径通常是激光器的出口路径。在两个模块的系统中，最后的附加模块是第二模块。优选地，根据本发明，提供一个具有等于或大于四个最好是四到八个放大器模块的脉冲高功率激光器，其输出功率等于或大于80瓦，最好是等于或大于100瓦。最好是，本发明的一个目的是提供一个简单的模块放大器，它的功率的升高可以与模块的数量基本上成比例。
参考图1和图2，根据本发明提供一个单程激光器。提供一个种子激光器组件30。该种子激光器组件包括一个种子激光器，最好是光纤激光器或者晶体激光器，优选Nd:YAG激光器SL，其以1064.2nm发射激光并且在TEM00模下具有10瓦的功率输出，最好具有优选以大约1064.2nm并以10Khz的重复频率的单一的纵模。从激光器SL所传播出的光束直接被对准到一个隔离器，其优选包括一个法拉第旋转器FR，一个输入偏光器IP和一个输出偏光器OP。提供一个半波片WP用于与从隔离器IS所传播出的光束进行光通信。可选地，折叠式反射镜32将从该波片WP所传播出的光束对准到可选的准直光学装置34。最好是，该准直光学装置34是一个或多个透镜，最好如图2所示，最好是两个(2)。从准直光学装置所传播出的光束被对准到折叠式反射镜36并且被反射到种子激光器组件30的外部到达平面镜38，用于引入到光束放大器中。准直光学装置34对种子光束进行进行准直以便将种子光束与来自二极管LD1和LD2的泵浦光束进行模匹配，这里模尺寸由种子光束的强度、泵浦光束的强度和放大器介质的饱和强度决定，以便有效地将泵浦功率转换成放大功率。
根据本发明的激光放大器包括一个或多个基本上非消偏振的光学晶体，例如一个或多个Nd:YVO4或Nd:GVO4晶体，优选地，提供一个或多个Nd:YVO4晶体用于与种子激光器SL进行光通信，以便提供到每个光学放大器的种子光束的单程。优选地，在单程结构中提供两个或多个具有与种子激光器30的波长重叠的受激发射光谱的光学放大器介质，最好是四个到八个，例如四个光学放大器介质。如图1和2所示，最好使用四个Nd:YVO4晶体82、84、86和88。Nd:YVO4晶体的受激发射光谱包括种子光束的1064.2nm波长。实质上在Nd:YVO4晶体的受激发射光谱和1064nm的种子光束之间存在重叠。
根据本发明，镜36将种子激光器光束对准到具有四个级或模块SG1、SG2、SG3和SG4的放大器60内，并且单程通过每个模块。每个模块包括Nd:YVO4晶体和反射面和泵浦源。提供平面镜38用于与镜36和优选为Nd:YVO4晶体82的第一模块光学介质进行光通信。在与第一模块光学介质82相对的一端，提供一个光束准直仪。最好是，在Nd:YVO4晶体中的热透镜效应通过对从放大器介质82所传播出的光束进行准直而被基本上补偿。最好是，准直仪也提供用于下一个放大级的所期望的放大器种子光束直径。因此。提供例如一个负透镜或一个凸镜或多个透镜和/或反射镜来与一个或多个优选为每一个光学放大器晶体进行光通信。可选地，通过在放大器晶体的一端或两端研磨凸曲度，在放大器晶体的一端或两端提供一个准直仪。
优选地，提供一个具有例如-300mm曲度的凸镜40。在与放大器晶体82进行光通信中，最好是，该镜40作为反射器来对来自第一放大器模块SG1的光束进行反射，作为到达下一个放大器模块的放大种子光束。镜40是反射的，优选是对1064nm的种子光束波长进行高反射，并且镜40是透射的，优选对于808nm的泵浦光束波长进行高透射。提供一个泵浦源，优选一个端面泵浦源，例如二极管，用于与光学放大器介质82进行光通信，以提供等于或大于15瓦的泵浦功率，来激励放大器介质82并且单程放大脉冲种子光束。优选地，将15瓦到100瓦泵浦功率施加到每个光学放大器介质，最好是20到60瓦。最好如图1和2所示，提供多个光纤耦合二极管阵列LD1和LD2用于分别与镜40和38进行光通信，从而为了达到50瓦的泵浦功率，以大约808nm的波长的来自每个末端的大约25瓦来端面泵浦光学放大器82。
提供第二放大器模块SG2用于与第一放大器模块SG1进行光通信。在从光学放大器介质82所传播出的放大光束通过第二模块光学放大器介质84之前，放大光束入射到准直仪上。该准直仪可以是一个透镜，或者一个曲面镜，多个曲面镜，多个透镜，或者用于在与一个或多个光学放大器介质进行光通信中提供的多个镜子和多个透镜的组合。可选地，通过在晶体的一端或两端研磨凹曲度，在晶体放大器介质的一端或两端提供一个准直仪。最好是，第二模块准直仪是具有-300mm曲度的准直仪凸镜42和具有例如-300mm曲度的凸镜40的组合，并且两个凸镜相互进行光通信。最好是，提供具有-500mm曲度的凸镜44用于与镜42进行光通信。放大器介质84位于镜42和镜44之间。两个准直仪镜42和44是反射的，优选是对这里的1064nm的种子光束波长进行高反射，并且是透射的，优选对于808nm的泵浦光束波长进行高透射。提供泵浦源例如二极管用于与光学放大器介质84进行光通信来提供等于或大于15瓦的泵浦功率，来激励放大器介质84并且放大来自第一放大器模块SG1的脉冲种子光束，该脉冲种子光束单程通过放大器介质84。提供二极管LD3和LD4用于分别与镜44和42进行光通信，从而为了达到50瓦的泵浦功率，以大约808nm的波长的来自每个末端的25瓦来端面泵浦光学放大器84。准直仪镜40和42基本上将从放大器介质82所传播出的光束与从二极管阵列LD3和LD4所传播出的泵浦光束模匹配，并且补偿在放大光束上的第一放大器晶体的热透镜效应，并且优选地提供一种强度在饱和强度的101到105倍最好为102到104倍的范围内的放大器种子光束。
提供第三放大器模块SG3用于与第二放大器模块SG2进行光通信。在从光学放大器介质84所传播出的放大光束通过第三模块光学放大器介质86之前，放大光束通过准直仪。该准直仪可以是一个透镜，或者一个曲面镜，多个曲面镜，多个透镜，或者用于在与一个或多个光学放大器介质进行光通信中提供的多个镜子和多个透镜的组合。可选地，通过在晶体的一端或两端研磨凹曲度，在晶体放大器介质的一端或两端提供一个准直仪。最好是，光束准直仪是具有-500mm曲度的准直仪凸镜44和具有例如-700mm曲度的凸镜46的组合，并且两个凸镜相互进行光通信。镜44将从光学放大器介质84所传播出的放大光束作为种子光束对准第三放大器模块SG3。最好是，提供具有-500mm曲度的凸镜48用于与镜46进行光通信。放大器介质86位于镜46和镜48之间。两个镜46和48是反射的，优选是对1064nm的种子光束波长进行高反射，并且是透射的，优选对于808nm的泵浦光束波长进行高透射。提供一个泵浦源例如二极管用于与光学放大器介质86进行光通信来提供等于或大于15瓦的泵浦功率，来激励放大器介质86并且单程放大来自SG2的脉冲光束。提供二极管LD5和LD6用于分别与镜46和48进行光通信来，从而为了达到50瓦的泵浦功率，以来自每个末端的大约25瓦并以大约808nm的波长来端面泵浦光学放大器86。准直仪镜44和46也将从放大器介质84所传播出的光束与从二极管阵列LD5和LD6所传播出的泵浦光束模匹配，并且补偿在放大光束上的第二放大器晶体的热透镜效应，并且优选地提供一种强度在饱和强度的101到105倍最好为102到104倍的范围内的放大器种子光束。
提供第四放大器模块SG4用于与第三放大器模块SG3进行光通信。在从光学放大器介质86所传播出的放大光束通过第四模块光学放大器介质88之前，放大光束入射到准直仪上。该准直仪可以是一个透镜，或者一个曲面镜，多个曲面镜，多个透镜，或者用于在与一个或多个光学放大器介质进行光通信中提供的多个镜子和多个透镜的组合。可选地，通过在晶体的一端或两端研磨凹曲度，在晶体放大器介质的一端或两端提供一个准直仪。最好是，光束准直仪是具有-500mm曲度的准直仪凸镜48和具有例如-700mm曲度的凸镜50的组合，并且两个凸镜相互进行光通信。最好是，具有-500mm曲度的凸镜52用于与镜50进行光通信。放大器介质88位于镜50和镜52之间。两个镜50和52是反射的，优选是对这里的1064nm的种子光束波长进行高反射，并且是透射的，优选对于808nm的泵浦光束波长进行高透射。提供一个泵浦源例如二极管用于与光学放大器介质88进行光通信来提供等于或大于15瓦的泵浦功率，来激励放大器介质54并且放大来自第三级的脉冲光束。提供二极管LD7和LD8用于分别与镜52和50进行光通信，从而为了达到50瓦的泵浦功率，以来自每个末端的25瓦并以大约808nm的波长来端面泵浦光学放大器88。准直仪镜48和50也将从放大器介质88所传播出的光束与从二极管阵列LD75和LD8所传播出的泵浦光束模匹配，并且补偿在放大光束上的第三放大器晶体的热透镜效应，并且优选地提供一种强度在饱和强度的101到105倍最好为102到104倍的范围内的放大种子光束。
提供准直光学装置最好是一个凸透镜56用于与镜52进行光通信，并且将来自第四级的光束进行准直，并且将放大光束对准放大器的外部。
最好如图3和4所示，控制晶体放大器54的温度。最好如图6所示，根据本发明的激光器的功率输出随着放大器晶体的温度而变化。因此，放大器晶体的温度最好优选控制在一个较窄的范围内，优选等于或小于1℃或者最好为大约0.5℃。根据本发明，晶体放大器被直接或间接冷却。由于在放大过程中会产生热，因此对放大器介质54的温度控制需要对该介质进行冷却。
图3和图4示出一个所希望的间接冷却的实施方式。最好如图3的框图中所示的，放大器晶体安置在导热的优选为铜的放大器介质块中。最好是，该晶体至少部分与该块接触，因此在该块和该晶体之间存在导热关系。最好是，该晶体被导热箔包裹，该导热箔最好是铟箔，该铟箔是高导热材料并且允许在晶体和导热放大器介质块之间进行较均匀的导热。被包裹的晶体接触该放大器介质块。该块与冷却器连接。冷却液体，最好是冷却水，被送到该放大器介质块，通过导管进入到该块内以冷却该块。然后，该液体，优选为水，或者被送到排水管，或者优选返回到冷却器。提供一个温度控制器用于控制由冷却器提供的水的温度。提供一个温度传感器68用于直接或间接地监控放大器晶体的温度，并且用于检测该晶体温度的变化。可选地，也提供一个输出功率传感器用于检测该激光器的功率输出。温度传感器能够直接监控晶体温度、放大器介质块温度或者可选地监控存在于放大器介质块中的冷却水的温度。优选地，在以不同的晶体温度组合以确定在功率输出上晶体温度的效应之后，测量该激光器。所有或一些晶体被温度监控，所述晶体最好是最后的晶体例如在第四级模块SG4中的晶体。然后，优选地，确定图6所示的功率输出/晶体温度的关系，优选地选择目标功率输出和相应所期望的晶体温度来将功率输出最大化。在使用中，检测晶体温度并且将其与所期望的温度相比较，并且依靠在所检测到的温度与所期望的温度之间的差异，温度控制器维持、增加或减少由冷却器所提供的水的温度，以随意地维持提高或降低晶体温度。
参考图4A和4B，放大器晶体54优选由导热材料包裹，导热材料最好是箔，优选为铟箔，每个放大器晶体安置在放大器介质块70中。该块70包括晶体安装顶部62和晶体安装底部66，其容纳和包围放大器晶体54。晶体安装顶部62和晶体安装底部66由导热材料优选为铜制成，并且优选通过铟箔的包裹包围且导热地接触放大器晶体54。提供水导管来通过晶体安装顶部62和底部66。通过入口72将来自冷却器的水提供到该导管中，水通过晶体安装顶部62和底部66中的导管。该冷却水冷却晶体安装顶部和底部。由于放大器晶体54与导热的铜晶体安装顶部和底部导热地接触，因此被冷却的晶体安装部分冷却了放大器晶体。提供一个温度传感器用于直接或间接地监控放大器晶体54的温度，并且检测晶体温度的变化。该传感器能够直接接触晶体54，接触晶体安装顶部62或底部66或者能够可选地监控存在于晶体安装部分中的冷却水的温度。优选地，提供一个传感器68用于与晶体安装顶部或底部接触，优选与放大器晶体54相邻。在组装之后，操作激光器并且研究功率输出和晶体温度之间的关系。
图6示出了图1和2中的激光器的温度和功率输出的关系。如图6所示，对于图1和2的装置，大约85瓦的最大功率输出发生在大约18°处，并且此处的温度被选为目标温度。参考图6，2°的温度变化(从18°到16°)将导致仅仅大约83瓦的功率输出。最大功率输出温度能够根据种子光束的实际波长而变化。对温度控制器进行编程以便当所检测到的温度与目标之间的差异大于预选数量例如0.5℃时，改变到放大器介质块的冷却水的温度来升高或降低放大器晶体的温度。最好是，冷却水是以0.1℃的增量升高或降低的。冷却水的初始温度根据所使用的放大器介质数量和冷却器所提供的水量而变化。
图1的合成输出光束在TEM00模下具有大于80瓦的功率，并且具有单一纵模。如图5B所示，暂时轮廓揭示出输出光束是一个受衍射限制的TEM00光束。图5A是由Spiricon LBA-100所产生的光束强度轮廓，这里示出了它是一个具有受衍射限制的强度分布的完美的TEM00模。并且图5B示出了在大约FWHM为55毫微秒处的暂时脉冲轮廓，这里激光器的重复频率是10Khz。
上述内容仅是对本发明的原理作示意性的描述。而且，由于本领域技术人员可以做出多种变化和修改，因此不希望将本发明限于上述或如上所示的确切的结构和操作，并且因此，所有适合的修改和等同物可以落入本发明的范围中。
权利要求
1.一种激光器，包括a)一个Q切换种子激光器，在TEM00模下以预选波长发射激光，该模具有M2＜2的模质量并且提供在单程种子光束路径上脉冲种子光束；b)一个或多个光学放大器介质；所述光学放大器介质是具有受激发射光谱的Nd:YVO4或Nd:GVO4晶体，所述光学放大器介质与所述种子激光器进行光通信以产生放大光束；c)所述预选波长与所述光学放大器介质的所述受激发射光谱重叠；d)一个泵浦源，与所述光学放大器介质进行光通信以提供等于15瓦或大于15瓦的泵浦功率，从而激励所述介质并且放大所述脉冲种子光束；e)所述放大光束具有等于10瓦或大于10瓦的输出功率。
2.如权利要求1所述的激光器，其中所述光学放大器介质是Nd:YVO4晶体。
3.如权利要求2所述的激光器，其中所述脉冲种子光束具有单一的纵模。
4.如权利要求2所述的激光器，其中所述光学放大器是被泵浦源所端面泵浦的。
5.如权利要求2所述的激光器，其中所述种子激光器是光纤激光器。
6.如权利要求2到4中的任一个权利要求所述的激光器，其中所述种子激光器是Nd:YAG激光器。
7.如权利要求2到4中的任一个权利要求所述的激光器，其中所述种子激光器是Nd:YVO4激光器。
8.如权利要求2所述的激光器，还包括一个光学放大器温度调节器，其控制所述光学放大器介质温度以提高所述种子光束的放大率。
9.如权利要求8所述的激光器，其中所述光学放大器温度调节器包括i)一个温度传感器，确定所述光学放大器介质的温度；ii)一个冷却器，用于冷却一种超过预选温度范围的液体；所述冷却器在所述预选温度范围内的冷却液体温度上提供一种冷却液体。iii)一旦收到来自所述温度传感器的信号，所述冷却液体温度随着所述光学放大器介质的温度的变化而变化；iv)所述冷却液体温度变化以控制所述光学放大器介质的温度处于预定的温度范围内，从而提高了所述放大光束的功率。
10.如权利要求9所述的激光器，其中所述预定温度范围是大约1℃或小于1℃。
11.如权利要求9所述的激光器，还包括f)所述光学放大器介质安置在导热壳体上；g)所述壳体具有贯通其的液体通道，所述液体通道具有液体入口和出口；h)所述冷却器将液体提供到所述导热壳体中的所述液体入口；i)所述温度传感器直接或间接地监控放大器介质的温度。
12.如权利要求11所述的激光器，所述温度传感器对所述冷却器发出信号以响应所述放大器介质的温度、通过所述液体出口流动的液体或所述导热壳体的温度，调节所述入口液体的温度，从而控制所述放大器介质的温度。
13.如权利要求11所述的激光器，其中所述光学放大器介质由铟箔所包裹。
14.如权利要求13所述的激光器，其中所述液体是水。
15.如权利要求14所述的激光器，其中所述温度传感器对所述冷却器发出信号以响应所述导热壳体的温度，调节所述入口水的温度，从而控制所述放大器介质的温度。
16.如权利要求1所述的激光器，还包括一个准直仪，其与每个光学放大器介质进行光通信以将种子光束准直到放大器介质中，从而确保种子光束和泵浦光束之间基本上模匹配。
17.如权利要求1所述的激光器，还包括一个准直仪，其与每个光学放大器介质进行光通信以将种子光束准直到放大器介质中，从而确保种子光束和泵浦光束之间基本上模匹配并补偿在放大的光束中的热透镜效应。
18.如权利要求1所述的激光器，还包括一个准直仪，其与每个光学放大器介质进行光通信以将种子光束准直到放大器介质中，从而确保种子光束和泵浦光束之间基本上模匹配并且形成种子光束强度在放大器介质饱和强度的101到105倍的范围内的种子光束。
19.如权利要求1所述的激光器，还包括一个准直仪，其与每个光学放大器介质进行光通信以将种子光束准直到放大器介质中，从而确保种子光束和泵浦光束之间基本上模匹配并且形成种子光束强度在102到104倍的放大器介质饱和强度的范围内的种子光束。
20.一种激光器，包括a)一个Q切换种子激光器，在具有M2＜2的模质量的TEM00模下并且在单程种子光束路径上提供一个具有预选波长的脉冲种子光束；b)第一和第二或更多附加的放大器模块，所述激光器终止于一个最后的附加模块；c)每个所述的放大器模块具有i)一个非消偏振Nd:YVO4或Nd:GVO4光学放大器晶体，用于在入口端接收脉冲种子光束并且向出口端传送一个放大种子光束；ii)所述光学放大器晶体具有与所述预选波长重叠的受激发射光谱；iii)一个泵浦源，与所述光学放大器晶体进行光通信以提供等于15瓦或大于15瓦的泵浦功率，从而激励所述光学放大器晶体并且放大所述种子光束；d)所述第一放大器模块位于所述种子光束路径上以接收和放大所述种子光束并且在第一模块出口路径上传送所述放大种子光束；f)所述第二放大器模块位于所述第一模块出口路径上以通过所述第二模块单程接收和放大来自所述第一模块的所述放大种子光束并且在第二模块出口路径上传送一个放大种子光束；g)一个准直仪，在所述放大种子光束通过所述光学放大器晶体以对所述放大种子光束进行准直以前沿所述第一模块出口路径设置该准直仪；h)每个所述附加放大器模块位于先前放大器模块的模块出口路径上，以通过所述附加模块单程接收和放大来自先前模块的所述放大种子光束并且在附加模块的出口路径上传送一个放大种子光束；i)用于每个附加放大器模块的附加准直仪，在所述放大种子光束通过所述光学放大器晶体以对所述放大种子光束进行准直以前沿先前放大器模块的所述模块出口路径设置该附加准直仪；j)所述最后的附加放大器模块出口路径是激光器的出口路径。
21.如权利要求20所述的激光器，还包括k)一个准直仪，在所述种子光束通过所述光学放大器晶体以对所述种子光束进行准直以前沿所述种子光束路径设置该准直仪；
22.如权利要求20所述的激光器，还包括l)所述激光器产生用于每个模块的等于10瓦或大于10瓦的输出功率。
23.如权利要求20所述的激光器，其中所述种子激光器是Nd:YAG激光器。
24.如权利要求20所述的激光器，其中所述光学放大器晶体是Nd:YVO4放大器晶体。
25.如权利要求20所述的激光器，其中所述准直仪对放大种子光束进行准直以确保种子光束和泵浦光束之间基本上模匹配。
26.如权利要求20或25所述的激光器，其中所述准直仪形成种子光束强度在放大器介质饱和强度的101到105倍的范围内的种子光束。
27.如权利要求20或25所述的激光器，其中所述准直仪形成种子光束强度在102到104倍的放大器介质饱和强度的范围内的种子光束。
28.如权利要求26所述的激光器，其中在所述晶体中出现热透镜作用，所述准直仪补偿所述热透镜作用的至少一部分。
29.如权利要求20所述的激光器，其中所述准直仪是一个负透镜、一个凸镜、在所述放大器晶体的一端或两端上的凸曲度地面或者它们的组合。
30.如权利要求20所述的激光器，其中所述准直仪是一个或多个凸镜。
31.如权利要求20所述的激光器，其中所述脉冲种子光束具有单一的纵模。
32.如权利要求20所述的激光器，其中所述光学放大器晶体是被所述泵浦源所端面泵浦的。
33.如权利要求20所述的激光器，其中所述光学放大器晶体是被所述泵浦源所端面泵浦的；所述泵浦源给每个模块提供等于25瓦或大于25瓦的泵浦功率。
34.如权利要求20所述的激光器，其中所述光学放大器晶体是被所述泵浦源所端面泵浦的；所述泵浦源给每个模块提供25瓦到60瓦的泵浦功率。
35.如权利要求25所述的激光器，其中所述激光器为每个模块产生等于10瓦或大于10瓦的输出功率。
36.如权利要求25所述的激光器，其中所述激光器为每个模块产生等于15瓦或大于15瓦的输出功率。
37.如权利要求25所述的激光器，其中所述激光器为每个模块产生等于20瓦或大于20瓦的输出功率。
38.如权利要求25所述的激光器，其中所述激光器具有四个(4)模块并且产生等于80瓦或大于80瓦的输出功率。
39.如权利要求20所述的激光器，还包括一个光学放大器温度调节器，其控制所述光学放大器介质温度以提高所述种子光束的放大率。
40.如权利要求20所述的激光器，其中所述激光器具有从1Khz到150Khz的重复频率。
41.如权利要求20的任一权利要求所述的激光器，其中所述激光器具有从1Khz到50Khz的重复频率。
全文摘要
公开了一种高功率脉冲激光器，其具有一个Q切换种子激光器，在TEM
文档编号H01S3/067GK1877925SQ20061008402
公开日2006年12月13日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年4月23日
发明者Y·殷, G·罗斯 申请人:光学工业国际公司