一种激光放大器和整形单元的制作方法

本申请涉及激光加工，尤其涉及一种激光放大器和应用于该激光放大器中的整形单元。

背景技术：

1、部分端面泵浦板条激光放大器，又称为innoslab放大器，是由德国fraunhofer激光技术研究所的杜克明博士于1996年提出。其中的板条晶体厚度一般只有1mm，并且板条晶体上下两个大面积表面由热沉冷却，所以板条晶体具有较强的散热能力，可以承受很高的泵浦功率。并且，innoslab放大器采用多程放大结构，具有较好的模式匹配。基于以上优势，innoslab放大器可以实现高功率，高光束质量，高重复频率的激光输出。

2、同时，在innoslab放大器的工作过程中，泵浦光经过整形系统，以均匀的矩形光斑注入到板条晶体端面中央，水平方向充满晶体，竖直方向部分充满，这使得注射入板条晶体人泵浦光在水平方向热分布均匀，几乎没有热透镜效应，避免对种子光放大时，放大光发生畸变。

3、然而，现有的部分端面泵浦板条激光放大器的泵浦光整形结构较为复杂，光学器件多，结构不紧凑，调试难度大，对器件性能要求高，成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种激光放大器，该激光放大器具体为部分端面泵浦板条激光放大器，方案如下：

2、一种激光放大器，沿着光束的传播方向依次包括：泵浦源、整形单元、放大模组；

3、所述泵浦源用于产生泵浦光；

4、沿着光束的传播方向所述整形单元依次包括：匀化光纤、准直耦合器件、第一透镜；

5、所述匀化光纤一端与所述泵浦源相接，另一端与所述准直耦合器件相接，用于对所述泵浦光进行匀化形成匀光光束，所述匀光光束的光强在水平方向和竖直方向呈平顶分布；所述准直耦合器件用于对所述匀光光束进行准直形成准直光束；所述水平方向平行于所述匀光光束的传播方向，所述竖直方向垂直于所述准直光束的传播方向；

6、所述第一透镜位于所述准直耦合器件与所述放大模组之间，用于调节所述准直光束的光斑尺寸为目标光斑尺寸；

7、该激光放大器还包括种子源，所述种子源用于产生种子光，并将所述种子光传输至所述放大模组中，所述放大模组协同所述准直光束对所述种子光进行放大，形成放大光。

8、可选的，沿着光束的传播方向所述第一透镜依次包括第一子透镜和第二子透镜，并且所述第一子透镜和所述第二子透镜共焦设置。

9、可选的，所述第一透镜的焦距为f1，所述准直光束的光斑尺寸为d1，所述准直光束的发散角为α；

10、其中，f1=d1/tan(α/2)。

11、可选的，所述目标光斑尺寸为d2，所述第一子透镜的焦距为f11，所述第二子透镜的焦距为f12；

12、其中，d2/d1=f12/f11。

13、可选的，所述放大模组包括板条晶体和腔镜，在光束的传播方向上所述腔镜包括依次排布的第一镜片和第二镜片，所述板条晶体位于所述第一镜片和所述第二镜片之间；

14、其中，所述腔镜用于实现所述种子光的多次反射，所述板条晶体用于吸收所述准直光束，并在所述种子光的多次反射过程中协同所述准直光束对所述种子光进行放大，形成放大光。

15、可选的，所述整形单元还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜与所述第一镜片之间，并且所述第二透镜为聚焦透镜，用于在所述竖直方向上对所述准直光束进行聚焦，将所述准直光束聚焦到所述板条晶体上。

16、可选的，所述第二透镜的焦距为f2，所述泵浦光的波长为λ，所述目标光斑尺寸为d2，在所述竖直方向上所述第二透镜的焦点尺寸为d；

17、其中，d=2f2×λ/d2。

18、可选的，所述板条晶体朝向所述第二透镜的一侧端面位于所述第二透镜的焦点处。

19、一种整形单元，该整形单元应用于激光放大器中，该激光放大器还包括泵浦源、种子源和放大模组，所述泵浦源、所述整形单元和所述放大模组沿着光束的传播方向依次排布，所述泵浦源用于产生泵浦光，所述种子源用于产生种子光，并将所述种子光传输至所述放大模组；该整形单元包括：沿着光束的传播方向依次排布的匀化光纤、准直耦合器件、第一透镜；

20、所述匀化光纤一端与所述泵浦源相接，另一端与所述准直耦合器件相接，用于对所述泵浦光进行匀化形成匀光光束，所述匀光光束的光强在水平方向和竖直方向呈平顶分布；所述准直耦合器件用于对所述匀光光束进行准直形成准直光束；所述水平方向平行于所述匀光光束的传播方向，所述竖直方向垂直于所述准直光束的传播方向；

21、所述第一透镜位于所述准直耦合器件与所述放大模组之间，用于调节所述准直光束的光斑尺寸为目标光斑尺寸，所述放大模组协同所述准直光束对所述种子光进行放大，形成放大光。

22、可选的，所述放大模组包括板条晶体和腔镜，在光束的传播方向上所述腔镜包括依次排布的第一镜片和第二镜片，所述板条晶体位于所述第一镜片和所述第二镜片之间；所述整形单元还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜与所述第一镜片之间，并且所述第二透镜为聚焦透镜，用于在所述竖直方向上对所述准直光束进行聚焦，将所述准直光束聚焦到所述板条晶体上。

23、相比于现有技术，本申请技术方案的有益效果为：

24、本申请提供的激光放大器包括：沿着光束的传播方向依次排布的泵浦源、整形单元、放大模组，该激光放大器还包括种子源，泵浦源用于产生泵浦光，种子源用于产生种子光，并将种子光传输至所述放大模组中。沿着光束的传播方向整形单元依次包括：匀化光纤、准直耦合器件、第一透镜。匀化光纤一端与所述泵浦源相接，另一端与所述准直耦合器件相接，用于对泵浦光进行匀化形成匀光光束，该匀光光束的光强在水平方向和竖直方向呈平顶分布，准直耦合器件用于对匀光光束进行准直形成准直光束。其中，所述水平方向平行于所述匀光光束的传播方向，所述竖直方向垂直于所述准直光束的传播方向。另外，放大模组协同准直光束对种子光进行放大，形成放大光。由此可见，本申请提供的激光放大器中的整形单元包括匀化光纤、准直耦合器件和第一透镜，相比于现有的泵浦光整形结构而言，本申请提供的激光放大器的整形组件结构简单且紧凑，极大的简化了激光放大器中的整形结构，进而简化了激光放大器的结构。另外，该激光放大器中的整形单元仅包括了匀化光纤、准直耦合器件和第一透镜等调试难度较低且价格低廉的光学元器件，从而本申请提供的激光放大器调试难度较低，且成本也相对更低。

技术特征：

1.一种激光放大器，其特征在于，沿着光束的传播方向依次包括：泵浦源、整形单元、放大模组；

2.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，沿着光束的传播方向所述第一透镜依次包括第一子透镜和第二子透镜，并且所述第一子透镜和所述第二子透镜共焦设置。

3.根据权利要求2所述的激光放大器，其特征在于，所述第一透镜的焦距为f1，所述准直光束的光斑尺寸为d1，所述准直光束的发散角为α；

4.根据权利要求3所述的激光放大器，其特征在于，所述目标光斑尺寸为d2，所述第一子透镜的焦距为f11，所述第二子透镜的焦距为f12；

5.根据权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述放大模组包括板条晶体和腔镜，在光束的传播方向上所述腔镜包括依次排布的第一镜片和第二镜片，所述板条晶体位于所述第一镜片和所述第二镜片之间；

6.根据权利要求5所述的激光放大器，其特征在于，所述整形单元还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜与所述第一镜片之间，并且所述第二透镜为聚焦透镜，用于在所述竖直方向上对所述准直光束进行聚焦，将所述准直光束聚焦到所述板条晶体上。

7.根据权利要求6所述的激光放大器，其特征在于，所述第二透镜的焦距为f2，所述泵浦光的波长为λ，所述目标光斑尺寸为d2，在所述竖直方向上所述第二透镜的焦点尺寸为d；

8.根据权利要求6或7所述的激光放大器，其特征在于，所述板条晶体朝向所述第二透镜的一侧端面位于所述第二透镜的焦点处。

9.一种整形单元，其特征在于，该整形单元应用于激光放大器中，该激光放大器还包括泵浦源、种子源和放大模组，所述泵浦源、所述整形单元和所述放大模组沿着光束的传播方向依次排布，所述泵浦源用于产生泵浦光，所述种子源用于产生种子光，并将所述种子光传输至所述放大模组；该整形单元包括：沿着光束的传播方向依次排布的匀化光纤、准直耦合器件、第一透镜；

10.根据权利要求9所述的整形单元，其特征在于，所述放大模组包括板条晶体和腔镜，在光束的传播方向上所述腔镜包括依次排布的第一镜片和第二镜片，所述板条晶体位于所述第一镜片和所述第二镜片之间；所述整形单元还包括第二透镜，所述第二透镜位于所述第一透镜与所述第一镜片之间，并且所述第二透镜为聚焦透镜，用于在所述竖直方向上对所述准直光束进行聚焦，将所述准直光束聚焦到所述板条晶体上。

技术总结
本申请提供了一种激光放大器和整形单元，该放大器包括：泵浦源、整形单元、放大模组和种子源。整形单元包括匀化光纤、准直耦合器件、第一透镜。匀化光纤对泵浦光进行匀化形成匀光光束，该匀光光束的光强在水平方向和竖直方向呈平顶分布，准直耦合器件用于对匀光光束进行准直形成准直光束。另外，放大模组协同准直光束对种子光进行放大，形成放大光。由此可见，相比于现有的泵浦光整形结构而言，该激光放大器的整形组件结构简单且紧凑，极大的简化了激光放大器的结构。另外，该激光放大器中的整形单元仅包括了匀化光纤、准直耦合器件和第一透镜等调试难度较低且价格低廉的光学元器件，从而该激光放大器调试难度较低，且成本也相对更低。

技术研发人员：尹兴良,黄玉涛,张国新,黄祝龙,苏盟
受保护的技术使用者：北京盛镭科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16