一种面向1.3um的平面波导激光增益模块、激光放大装置的制作方法

本发明涉及高功率全固态激光，尤其是公开了一种面向1.3um的平面波导激光增益模块、激光放大装置。

背景技术：

1、1.3um的全固态激光器由于光束质量好，结构紧凑和性能稳定等特点，在钠信标、激光显示、激光医学、光纤通讯和环境监测等方面有非常重要的应用价值和前景。nd:yag是最常用的输出1.3um的激光材料，现有技术中大部分的高功率1.3um激光一般采用棒放大器或者板条放大器实现，通常光效率仅为10%左右。而由于结构特点，平面波导中芯层的激光通量和泵浦通量比板条类型和棒类型高一个多数量级，因此可以在一块nd:yag平面波导材料上实现高效率高功率激光的输出。

2、典型的平面波导结构激光增益介质中，芯层为掺杂区，包层为非掺杂区。材料的宽度通常为几毫米到几厘米，芯层厚度为几十微米到几百微米，整体厚度约为1毫米。采用nd:yag/yag平面波导做激光放大器，已经实现了光效率为20%的1.3um放大输出。但是由于nd:yag中1.3um的发射截面只有1064nm的四分之一，传统的nd:yag平面波导具有很高的增益，容易产生1064nm的ase和自激振荡，限制了1.3um放大效率和输出功率的进一步提升。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供了提供一种面向1.3um的平面波导激光增益模块以及对应的激光放大装置，可以实现高光束质量的高功率高效率的1.3um激光输出。

2、本发明提供了一种平面波导增益介质，具体为一种nd,sm:yag/sm:yag平面波导的结构包括芯层、上内包层、下内包层、端帽、上外包层、下外包层，其中端帽位于nd,sm:yag/sm:yag平面波导的一端，且所在的端面为倾斜端面。

3、另一方面，本发明还提供一种面向1.3um的平面波导激光增益模块，该平面波导激光增益模块包括nd,sm:yag/yag平面波导、第一热沉、第二热沉、偏振分光镜、四分之一波片、1064nm分光镜、柱透镜、泵浦源和泵浦耦合系统。所述平面波导激光增益模块能够产生激光增益，实现1.3um激光输出。

4、另一方面，本发明还提供了一种面向1.3um的平面波导激光放大装置，包括前述平面波导激光增益模块以及种子源、法拉第隔离器、扩束系统、反射镜。该面向1.3um的平面波导激光放大装置用于实现有效的1.3um激光放大和输出。

5、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

6、与现有技术相比，本发明提供的平面波导增益介质以及对应的增益模块和激光放大装置，能够有效抑制1064nm波长荧光，同时配合垂直反射膜、偏振分光镜和四分之一波片可以实现偏振双通入射光束和出射光束的分离，提高1.3um激光的转换效率，可以实现高光束质量的高效率高功率的1.3um激光输出，适应于多种应用场景。

技术特征：

1.一种面向1.3um的平面波导激光增益模块，用于产生激光增益实现1.3um激光输出，其特征在于，所述面向1.3um的平面波导激光增益模块至少包括：nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）、第一热沉（2）、第二热沉（3）、偏振分光镜（4）、四分之一波片（5）、1064nm分光镜（6）、柱透镜（7）、泵浦源（8）和泵浦耦合系统（9）；

2.根据权利要求1所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，所述nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）的结构包括芯层（110）、上内包层（120）、下内包层（130）、端帽（140）、上外包层（150）、下外包层（160）；

3.根据权利要求2所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，所述nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）的非倾斜端面（b）与四分之一波片（5）和偏振分光镜（4）的共同作用实现1.3um入射光束和出射光束的分离。

4.根据权利要求3所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，所述芯层（110）为nd,sm:yag，上内包层（120）、下内包层（130）和端帽（140）为sm:yag晶体或者陶瓷中的一种。

5.根据权利要求4所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，端帽（140）为不规则端帽；端帽（140）对应的倾斜端面（a）的法线与芯层（110）的夹角β为0°-20°，该倾斜端面（a）与nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）的侧面垂直。

6.根据权利要求5所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）的另一个非倾斜端面（b）与芯层（110）的轴向垂直、同时与芯层（110）的两个侧面垂直。

7.根据权利要求6所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，倾斜端面（a）的镀膜同时对泵浦光、1064nm、1.3um波长高透；非倾斜端面（b）的镀膜同时对1064nm高透、1.3um高反。

8.根据权利要求7所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，其特征在于，水平的注入光束以入射角为θ透过端帽（140）的倾斜端面（a）后，光束在端帽（140）内部沿芯层（110）的轴向传输放大，即sin（θ）=n·sin（β），

9.一种面向1.3um的平面波导激光放大装置，其特征在于，包括权利要求1-8中任一所述的面向1.3um的平面波导激光增益模块，还包括种子源（10）、法拉第隔离器（11）、扩束系统（12）、反射镜（13）。

10.根据权利要求9所述的面向1.3um的平面波导激光放大装置，其特征在于，种子源（10）输出的种子光经过法拉第隔离器（11）后偏振态改变，经过扩束系统（12）后光斑大小与nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）的尺寸匹配，经过反射镜（13）后，种子光的注入角度与nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）匹配，之后偏振态的种子光透过偏振分光镜（4）和四分之一波片（5）后再次转换偏振态，经过柱透镜（7）会聚后，偏振态的种子光变换为一维会聚光束从端帽（140）所在的倾斜端面（a）进入nd,sm:yag/sm:yag平面波导（1）的芯层（110）进行传输放大；放大光束在非倾斜端面（b）处全反射，再一次经过芯层（110）传输放大后从端帽（140）所在的倾斜端面（a）输出，输出的放大光束经过柱透镜（7）准直后再次经过四分之一波片（5）转换偏振态，最终在偏振分光镜（4）处反射输出。

技术总结
本发明公开了一种面向1.3um的平面波导激光增益模块、激光放大装置，涉及高功率全固态激光技术领域。该面向1.3um的平面波导激光增益模块包括Nd,Sm:YAG/YAG平面波导、第一热沉、第二热沉、偏振分光镜、四分之一波片、1064nm分光镜、柱透镜、泵浦源和泵浦耦合系统。本发明能够有效抑制1064nm波长荧光，同时配合垂直反射膜、偏振分光镜和四分之一波片可以实现偏振双通入射光束和出射光束的分离，提高1.3um激光的转换效率，可以实现高光束质量的高效率高功率的1.3um激光输出，适应于多种应用场景。

技术研发人员：王君涛,周唐建,张雷,何平,李密,尚建力,高清松
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院应用电子学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15