一种激光放大器的制造方法
【专利摘要】本发明提供的激光放大器包括漫反射腔、闪光灯、两根钕玻璃棒、全反射镜及屋脊棱镜，被放大激光光束经第一钕玻璃棒后进入屋脊棱镜并通过其前端面入射到左侧面，经左侧面反射后进入后端面，再经后端面反射进入右侧面，再经右侧面反射通过前端面进入第二钕玻璃棒，经第二钕玻璃棒后的激光光束进入全反射镜，完成了激光光束的均匀放大过程。本发明提供的激光放大器，采用单个闪光灯及两根钕玻璃棒，相对于多灯单棒，提高了泵浦光使用效率和减小钕玻璃棒单位体积的热积累，减小了钕玻璃棒热效应，提高放大器工作频率；由于采用特殊结构的屋脊棱镜，激光束经第一钕玻璃放大，通过屋脊棱镜后在第二钕玻璃棒上实现翻转补偿放大，实现激光束的均匀放大。
【专利说明】一种激光放大器
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及激光器【技术领域】，尤其涉及一种激光放大器。
【【背景技术】】
[0002]传统的闪光灯泵浦棒状激光放大器多采用多灯单棒或者单灯单棒形式，使用的增益介质多为钕玻璃，其中闪光灯作为泵浦源发射激光辐射，激光辐射被钕玻璃棒吸收从而产生粒子数布局反转，也即玻璃棒产生储能，钕玻璃棒的储能使得通过玻璃棒的被放大激光产生吸收放大。由于闪光灯较宽的发射谱和激光棒的低热导率等缺陷导致闪光灯泵浦棒状激光放大器具有一些明显的缺点:注入较高、效率低、热效应严重、光束质量差。
[0003]因此，当前迫切需要提供一种泵浦光使用效率高、热效应小、光束质量好的激光放大器。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明的目的在于提供一种激光放大器，该激光放大器泵浦光使用效率高、热效应小及能够实现被放大激光束均匀放大。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]一种激光放大器，包括:
[0007]漫反射腔，其所在截面呈矩形；
[0008]闪光灯，沿所述漫反射腔的中心线水平设置，用于发射激光辐射；
[0009]两根钕玻璃棒，记为第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒，所述第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒分别对称设置于所述闪光灯的两侧，且平行与所述闪光灯；
[0010]全反射镜，单独设置于所述漫反射腔的一侧；及
[0011]屋脊棱镜，相对所述全反射镜设置于所述漫反射腔的另一侧，所述屋脊棱镜的截面呈梯形结构，所述屋脊棱镜的上表面和下底面相互平行，所述屋脊棱镜的前端面的面积大于后端面的面积且所述前端面和后端面相互平行；
[0012]被放大激光光束经所述第一钕玻璃棒后入射通过屋脊棱镜前端面进入所述屋脊棱镜的左侧面，经所述左侧面反射后进入所述后端面，再经所述后端面反射进入所述右侧面，再经所述右侧面反射通过前端面进入所述第二钕玻璃棒，经过所述第二钕玻璃棒后的激光光束入射进入所述全反射镜，所述全反射镜反射该激光光束沿上述光路返回。
[0013]在一些实施例中，所述漫反射腔还包括分别设置于左右两侧的左端座及右端座，所述左端座及右端座的上还开设有三对第一通孔，所述闪光灯、第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒穿过所述第一通孔固定于所述漫反射腔上。
[0014]在一些实施例中，所述激光放大器还包括冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口分别固定连接于所述左端座和右端座的一端。
[0015]在一些实施例中，所述左端座和右端座上分别固定连接有左端盖和右端盖，所述左端盖和右端盖分别开设有所述第一通孔相对应的第二通孔，所述闪光灯、第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒依次穿过所述第二通孔、第一通孔固定于所述漫反射腔上。
[0016]在一些实施例中，所述漫反射腔的壳体包括玻璃内保护套管、固定设置于所述玻璃内保护套管上的陶瓷漫反射面及固定于所述陶瓷漫反射面上的不锈钢外保护套，所述玻璃内保护套管、陶瓷漫反射面及不锈钢外保护套均紧密设置于所述左端座和右端座之间。
[0017]在一些实施例中，所述左端座和右端座靠近所述玻璃内保护套管的一侧分别开设有凹槽，通过所述凹槽将所述玻璃内保护套管卡合于所述左端座和右端座之间。
[0018]在一些实施例中，所述第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒的两个端面为倾斜面，且所述端面平行，切角为3°。
[0019]在一些实施例中，所述全反射镜反射面镀有1064nm的高反射膜。
[0020]在一些实施例中，所述屋脊棱镜的前端面镀有1064nm的增透膜，所述后端面镀有1064nm的高反膜，所述屋脊棱镜的左侧面及右侧面镀有1064nm的高反膜。
[0021]在一些实施例中，所述屋脊棱镜的左侧面及右侧面与所述后端面的夹角为120°，所述屋脊棱镜的左侧面及右侧面与所述前端面的夹角为60°。
[0022]采用上述技术方案，本发明的有益效果在于:
[0023]本发明提供的激光放大器包括漫反射腔、闪光灯、两根钕玻璃棒、全反射镜及屋脊棱镜，被放大激光光束经第一钕玻璃棒后通过屋脊棱镜前端面入射进入屋脊棱镜的左侧面，经左侧面反射后进入后端面，再经后端面反射进入右侧面，再经右侧面反射通过前端面进入第二钕玻璃棒，经过第二钕玻璃棒后的激光光束入射进入全反射镜，从而完成激光光束的均匀放大的过程。本发明提供的激光放大器，采用单个闪光灯及两根钕玻璃棒，相对于多灯单棒，能够最大限度的提高泵浦光使用效率；同时，由于采用单个闪光灯泵浦两根钕玻璃棒，大大减小钕玻璃棒单位体积里的热积累，显著减小钕玻璃棒热效应，提高放大器工作频率;此外，由于采用特殊结构的屋脊棱镜，激光束经过第一钕玻璃放大，通过屋脊棱镜后，在第二钕玻璃棒上实现了翻转补偿放大，最终实现激光束的均匀放大。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0024]图1示出了本发明的俯视图；
[0025]图2为本发明侧视图；
[0026]图3为本发明纵向剖视图；
[0027]图4为本发明横向剖视图；
[0028]图5为屋脊棱镜三维立体图；
[0029]图6为本发明实现激光束对称反转放大的光路示意图；
[0030]图7中(a)示出了平顶激光束进入第一根钕玻璃棒时呈现均匀分布；
[0031]图7中(b)示出了平顶激光束由于棒内储能分布导致的激光束经过第一个钕玻璃棒放大后呈现的不对称的输出分布；
[0032]图7中(C)进入第二根钕玻璃棒内的激光束分布和第二根激光棒内的储能分布；
[0033]图7中(d)示出的输出的平顶光束经过全反射镜的反射再次通过两根钕玻璃棒。
【【具体实施方式】】
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]在申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0036]请参阅图1至图5，图1为本发明实施例提供的激光放大器的结构示意图100，包括漫反射腔110、闪光灯120、两根钕玻璃棒130、全反射镜140及屋脊棱镜150。
[0037]其中，漫反射腔110其所在截面呈矩形。
[0038]闪光灯120沿漫反射腔110的中心线水平设置，用于发射激光辐射。优选地，闪光灯120作为泵浦源发射808nm激光辐射。
[0039]两根钕玻璃棒130记为第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒，其中，第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒分别对称设置于闪光灯120的两侧，且平行与闪光灯120。可以理解，闪光灯120作为泵浦源发射808nm激光辐射，808nm激光辐射被钕玻璃棒130吸收从而产生粒子数布局反转，也即钕玻璃棒130产生储能，钕玻璃棒130的储能使得通过钕玻璃棒130的激光产生吸收放大。
[0040]优选地，第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒的两个端面为倾斜面，且端面平行，切角为
3° ο
[0041]进一步地，漫反射腔110还包括分别设置于左右两侧的左端座111及右端座112，优选地，左端座111通过螺纹与漫反射腔的左端固定，右端座112通过螺纹与漫反射腔110的右端固定，其中，左端座111及右端座112的上还开设有三对第一通孔(图未示)，闪光灯120、第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒穿过第一通孔固定于漫反射腔110上。
[0042]进一步地，左端座111和右端座112上分别固定连接有左端盖113和右端盖114，优选地，左端盖113与左端座111通过螺纹固定，右端盖114与右端座112通过螺纹固定，左端盖113和右端盖114分别开设有第一通孔相对应的第二通孔，闪光灯120、第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒依次穿过第二通孔、第一通孔固定于漫反射腔上110。
[0043]进一步地，漫反射腔110的壳体包括玻璃内保护套管115、固定设置于玻璃内保护套管115上的陶瓷漫反射面116及固定于陶瓷漫反射面116上的不锈钢外保护套117，玻璃内保护套管115、陶瓷漫反射面116及不锈钢外保护套117均紧密设置于左端座111和右端座112之间。
[0044]优选地，左端座111和右端座112靠近玻璃内保护套管115的一侧分别开设有凹槽(图未示)，通过凹槽将玻璃内保护套管115卡合于左端座111和右端座112之间。优选地，左端座111的凹槽与玻璃内保护套管115左端还设有挤压橡胶垫圈，通过挤压橡胶垫圈实现左端座111的凹槽与玻璃内保护套管115的无缝连接，右端座112与玻璃内保护套管115右端还设有挤压橡胶垫圈，通过挤压橡胶垫圈实现右端座112的凹槽与玻璃内保护套管115的无缝连接。
[0045]全反射镜140单独设置于漫反射腔110的一侧。优选地，全反射镜140的反射面镀有1064nm的高反射膜。
[0046]屋脊棱镜150相对全反射镜140设置于漫反射腔110的另一侧，屋脊棱镜150的截面呈梯形结构，屋脊棱镜150的上表面151和下底面152相互平行，屋脊棱镜150的前端面153的面积大于后端面154的面积且前端面153和后端面154相互平行。
[0047]优选地，前端面153镀有1064nm的增透膜，后端面154镀有1064nm的高反膜，屋脊棱镜154的左侧面155及右侧面156镀有1064nm的高反膜。
[0048]优选地，屋脊棱镜150的左侧面155及右侧面156与后端面154的夹角为120°，屋脊棱镜150的左侧面155及右侧面156与前端面153的夹角为60°
[0049]进一步地，激光放大器100还包括冷却水入口 160和冷却水出口 170，冷却水入口160和冷却水出口 170分别固定连接于左端座111和右端座112的一端。优选地，冷却水入口 160通过螺纹固定左端座111的下部，冷却水出口 170通过螺纹固定在右端座112的下部。
[0050]请参阅图6，被放大激光光束经第一钕玻璃棒后通过屋脊棱镜150的前端面153入射进入屋脊棱镜150的左侧面155，经左侧面155反射后进入后端面154，再经后端面154反射进入右侧面156，再经右侧面156反射通过前端面153进入第二钕玻璃棒，经过第二钕玻璃棒后的激光光束入射进入全反射镜140，全反射镜140反射该激光光束沿上述光路返回。
[0051]图7示出了本发明每个钕玻璃棒的储能分布以及被放大激光在钕玻璃棒中实现均匀放大的过程，其中，(a)示出了平顶激光束进入第一根钕玻璃棒时呈现均匀分布，其中，(b)示出了平顶激光束由于棒内储能分布导致的激光束经过第一个钕玻璃棒放大后呈现的不对称的输出分布。其中，(b)不出的经过第一根钕玻璃棒放大的激光束通过屋脊棱镜左右两侧斜面和后端小面反射后，进入第二根钕玻璃棒内的激光束分布和第二根激光棒内的储能分布见图(C)所示，此时的被放大激光束强度分布与钕玻璃棒内储能分布呈现相反的分布趋势，最终导致图7(d)所示的被放大激光束的平顶输出。其中，(d)示出的输出的平顶光束经过全反射镜的反射再次通过两根钕玻璃棒，最终同样获得平顶激光束输出。
[0052]本发明提供的激光放大器包括漫反射腔110、闪光灯120、两根钕玻璃棒130、全反射镜140及屋脊棱镜150，外围激光光束经第一钕玻璃棒后入射进入屋脊棱镜150的前端面153并入射到的左侧面155，经左侧面155反射后进入后端面154，再经后端面面154反射进入右侧面156，再经右侧面156反射通过前端面153进入第二钕玻璃棒，经过第二钕玻璃棒后的激光光束入射进入全反射镜140，从而完成激光光束的均匀放大的一个过程。本发明提供的激光放大器，采用单个闪光灯120及两根钕玻璃棒130，相对于多灯单棒，能够最大限度的提高泵浦光使用效率；同时，由于采用单个闪光灯120泵浦两根钕玻璃棒130，大大减小钕玻璃棒单位体积里的热积累，显著减小钕玻璃棒热效应，提高放大器工作频率；此夕卜，由于采用特殊结构的屋脊棱镜150，激光束经过第一钕玻璃放大，通过屋脊棱镜后，在第二钕玻璃棒上实现了翻转补偿放大，最终实现激光束的均匀放大。
[0053]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种激光放大器,其特征在于,包括: 漫反射腔，其所在截面呈矩形； 闪光灯，沿所述漫反射腔的中心线水平设置，用于发射激光辐射； 两根钕玻璃棒，记为第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒，所述第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒分别对称设置于所述闪光灯的两侧，且平行与所述闪光灯； 全反射镜，单独设置于所述漫反射腔的一侧；及 屋脊棱镜，相对所述全反射镜设置于所述漫反射腔的另一侧，所述屋脊棱镜的截面呈梯形结构，所述屋脊棱镜的上表面和下底面相互平行，所述屋脊棱镜的前端面的面积大于后端面的面积且所述前端面和后端面相互平行； 被放大激光光束经所述第一钕玻璃棒后通过屋脊棱镜的前端面入射进入所述屋脊棱镜的左侧面，经所述左侧面反射后进入所述后端面，再经所述后端面反射进入所述右侧面，再经所述右侧面反射通过前端面进入所述第二钕玻璃棒，经过所述第二钕玻璃棒后的激光光束入射进入所述全反射镜，所述全反射镜反射该激光光束沿上述光路返回。
2.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述漫反射腔还包括分别设置于左右两侧的左端座及右端座，所述左端座及右端座的上还开设有三对第一通孔，所述闪光灯、第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒穿过所述第一通孔固定于所述漫反射腔上。
3.根据权利要求2所述的激光放大器，其特征在于，所述激光放大器还包括冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口和冷却水出口分别固定连接于所述左端座和右端座的一端。
4.根据权利要求2所述的激光放大器，其特征在于，所述左端座和右端座上分别固定连接有左端盖和右端盖，所述左端盖和右端盖分别开设有所述第一通孔相对应的第二通孔，所述闪光灯、第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒依次穿过所述第二通孔、第一通孔固定于所述漫反射腔上。
5.根据权利要求4所述的激光放大器，其特征在于，所述漫反射腔的壳体包括玻璃内保护套管、固定设置于所述玻璃内保护套管上的陶瓷漫反射面及固定于所述陶瓷漫反射面上的不锈钢外保护套，所述玻璃内保护套管、陶瓷漫反射面及不锈钢外保护套均紧密设置于所述左端座和右端座之间。
6.根据权利要求5所述的激光放大器，其特征在于，所述左端座和右端座靠近所述玻璃内保护套管的一侧分别开设有凹槽，通过所述凹槽将所述玻璃内保护套管卡合于所述左端座和右端座之间。
7.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述第一钕玻璃棒和第二钕玻璃棒的两个端面为倾斜面，且所述端面平行，切角为3°。
8.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述全反射镜反射面镀有1064nm的高反射膜。
9.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述屋脊棱镜的前端面镀有1064nm的增透膜，所述后端面镀有1064nm的高反膜，所述屋脊棱镜的左侧面及右侧面镀有1064nm的高反膜。
10.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述屋脊棱镜的左侧面及右侧面与所述后端面的夹角为120°，所述屋脊棱镜的左侧面及右侧面与所述前端面的夹角为60。。
【文档编号】H01S3/10GK104332815SQ201410436685
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】樊仲维, 黄科, 赵天卓, 麻云凤, 肖红, 林蔚然, 何建国, 张雪 申请人:中国科学院光电研究院