厚圆盘激光放大系统及其使用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光放大系统，以及这种系统的使用，尤其涉及放大器和振荡器。
【背景技术】
[0002] 激光放大系统包括至少一个有源（或放大器）元件（或媒质），栗浦装置与该有源 元件相关联。该放大器元件包括能够吸收由栗浦装置发射的栗浦光以放大激光束的掺杂材 料。
[0003] 放大系统可以包括掺镱（Yb)的圆盘放大器。作为示例，可引用以下与脉冲式 Yb:YAG圆盘激光器有关的文章：
[0004]-由ThierryG〇nqalv0S-Novo,DanielAlbach，BernardVincent,Mikayel Arzakantsyan和Jean-ChristopheChanteloup于 2013 年 1 月 14 日在光学快报第 21 卷， 第1期，第855-866页发表的题为"14J/2HZYb3+:YAG二极管栗浦固体激光链（14J/2HZ Yb3+:YAGdiodepumpedsolidstatelaserchain)'，的文章；
[0005]-由M.Schulz，R.Riedel，A.Wi1lner，S.DUsterer，M.J.Prandolini，J. Feldhaus,B.Faatz,J.Rossbach,M.Drescher和F.Tavella于 2012 年 2 月 27 日在光学快 报第20卷，第5期，第5038-5043页发表的题为"高平均功率Yb:YAG薄圆盘多级放大器的 脉冲操作（PulsedoperationofahighaveragepowerYb:YAGthin-diskmultipass amplifier) "的文章；以及
[0006] -由Antognini,A. ；Schuhmann,K. ；Amaro,F.D. ；Biraben,F. ；Dax,A.； Giesen,A. ；Graf,T. ；Hansch,T.ff. ；Indelicato,P. ；Julien,L. ;Cheng_YangKao； Knowles,P.E. ；Kottmann,F.；LeBigot,E. ；Yi-ffeiLiu；Ludhova,L. ；Moschuring,N.； Mulhauser,F. ；Nebel,T. ；Nez,F. ；Rabinowitz,P. ；Schwob,C. ；Taqqu,D.和Pohl,R. 于2009年在IEEE量子电子学期刊第45期，第993-1005页发表的题为"薄圆盘 Yb:YAG振荡-放大激光器、ASE以及有效的Yb:YAG使用寿命（Thin-DiskYb:YAG Oscillator-AmplifierLaser,ASE,andEffectiveYb:YAGLifetime)'，的文章。
[0007] 这种掺镱的圆盘具有大约10J*cm2的饱和密度。为了从圆盘处提取能量，在对通 量电阻没有损害风险的情况下两个脉冲不能同时叠加。通常，在这种情况下一个圆盘上两 个通路之间的距离大于1米。因此得到的结构尺寸非常大。
[0008] 本发明涉及尤其能够克服该缺点的激光放大系统。
【发明内容】
[0009] 为此，根据本发明，所述类型的激光放大系统包括：
[0010] -至少一个圆盘放大器，以及
[0011] -至少一个半导体类型（优选二极管半导体类型）的栗浦装置，为所述圆盘放大器 生成栗浦光，
[0012] 其特征在于：
[0013] -圆盘放大器是厚圆盘放大器，并且该圆盘放大器具有第一面，该第一面在脉冲类 型的激光束的波长下以及在栗浦装置的栗浦光的波长下是反射的，
[0014]-所述激光放大系统还包括至少一个散热元件，所述圆盘放大器的第一面刚性连 接到该散热元件；以及
[0015] -圆盘放大器的激活媒质的饱和通量小于或者等于3J·cm2。
[0016] 优选地，所述激光放大系统包括多个圆盘放大器。此外，在优选实施例中，所述圆 盘放大器掺杂有钕（Nd)。
[0017]由于上述特征，根据本发明的激光放大系统具有显著低于镱掺杂的传统情况下的 饱和密度（例如，对于Nd:YAG是0. 7J·cm2)，并且因此使得其单个密度较低的脉冲能够叠 加，这使得能够以相较传统系统中采用脉冲的方式更紧凑10到100倍的方式来安装圆盘。
[0018] 优选地，所述激光放大系统包括多个厚圆盘放大器，它们被：
[0019]-设置在同一散热元件上，
[0020] -或者分布在构成所述激光放大系统的一部分的多个散热元件上。
[0021] 因此根据本发明的激光放大系统基于厚圆盘的使用，该厚圆盘优选掺杂有钕并且 被冷却。在本发明的上下文中，称作为"厚"的圆盘的厚度较大，尤其大于2_(不同于称作 为"薄"的传统的圆盘放大器）。此外，优选地，厚圆盘的厚度大于相对于所述圆盘放大器的 形状的直径（即，具有圆形截面的圆盘放大器的直径或者不同形状的截面的情况下围绕并 且包围圆盘放大器的圆的直径）的20%。
[0022] 与温度的升高显著降低有效性的掺镱的材料相比，掺钕的材料使得能够在高温 (大于100°C)下有效的操作，这是因为这些材料的四能级性质。在实践中，这个特征将掺 镱圆盘的使用限制到大约100μπι的厚度。然而，该属性使得可以在大功率配置中使用掺钕 的厚圆盘。厚圆盘具有下述益处：允许与横向增益（其本身产生寄生效应）相同数量级的 纵向增益（这是有用的）。以这种方式，存储的能量以及提取所述能量的能力都大大提高 了。
[0023]因此，通过本发明，获得能够生成高平均功率以及高能级的能量的激光放大系统。
[0024] 此外，所述激光放大系统可以具有下述特征中的至少一些特征，其单独使用或结 合使用：
[0025] -所述系统被配置成产生所述激光束的循环，该激光束通过从表面进行反射而从 所述圆盘放大器传播到另一个相邻的圆盘放大器，该表面使得所述激光束能够被反射并且 使得所述栗浦光能够被透射；
[0026]-所述系统被配置成如果用在放大器中则在每个圆盘放大器中产生双通路；
[0027]-所述栗浦装置被配置成产生均匀的栗浦，尤其以便确保从放大器光盘输出的光 束的良好的空间质量。可以认为，均匀的栗浦为使得栗浦率在圆盘放大器的外围区域外面 的局部值在任一方式下均不偏离平均值的10% (该外围区域通常是总表面积的15%或 25% )；
[0028] -所述栗浦装置被配置成在每个所述圆盘放大器的第二面的大于80%的表面积 上生成栗浦；
[0029]-所述系统被配置成使得两个圆盘放大器之间的激光束的光程小于圆盘放大器的 直径的15倍；
[0030] -每个圆盘放大器设置有外围区域，该外围区域被设计成对放大自发辐射进行吸 收；
[0031] -每个圆盘放大器包括第二面，该第二面的表面积大于或者等于所述第一面的表 面积，并且每个圆盘放大器具有适配于所述激光束的轨迹的外围形状；以及
[0032] -脉冲式激光束的脉冲在圆盘放大器中临时叠加。
[0033] 本发明还涉及一种振荡器，该振荡器包括至少一个如上文所述的激光放大系统。
[0034] 本发明还涉及一种放大器，该放大器包括至少一个这种激光放大系统。
【附图说明】
[0035] 附图将更好地理解本发明如何实现。在这些图中，相同的附图标记指示相似的元 件。
[0036] 图1示意性地示出了根据本发明的激光放大系统的元件；
[0037] 图2是根据本发明的激光放大系统的示意性示例；以及
[0038] 图3A和图3B是使得锥形圆盘放大器的优势能够被示出的图。
【具体实施方式】
[0039] 根据本发明的并且在图1中示意性示出的激光放大系统1旨在实现激光放大。
[0040] 该激光放大系统1是下述类型的激光放大系统，包括：
[0041] -至少一个圆盘放大器2,以及
[0042] -至少一个半导体类型（优选二极管半导体类型）的栗浦装置3,为所述圆盘放大 器2生成栗浦光8。
[0043] 根据本发明：
[0044] -每个圆盘放大器2是优选掺钕的厚圆盘放大器，并且该圆盘放大器2具有第一面 4,该第一面4在穿过激光放大系统1的脉冲式激光束7的波长下以及在栗浦装置3的栗浦 光8的波长下是（高度）反射的；
[0045] -所述激光放大系统1还包括至少一个散热元件6,所述圆盘放大器2的第一面4 刚性连接到该散热元件6 ;以及
[0046] -圆盘放大器2的激活媒质的饱和通量小于或者等于3J·cm2。
[0047] 因此，根据本发明的系统1具有显著低于镱掺杂的情况下的饱和密度（例如，对于 Nd:YAG是0. 7J·cm2)，并且使得其单个密度较低的脉冲能够叠加，这使得能够以相较传统 系统中采用脉冲的方式更紧凑10到100倍的方式来安装圆盘。
[0048] 优选地，所述激光放大系统1包括多个这种厚圆盘放大器2,它们被布置成：
[0049] -在同一散热元件6上，
[0050] -或者在多个散热元件上。
[0051] 通过一个或多个散热元件6来使激光放大系统1的圆盘放大器2冷却，以确保被 所述栗浦的圆盘放大器2放大的激光束的良好的空间质量。
[0052] 每个所述圆盘放大器2优选地掺杂有钕，并且它们还具有设置有抗反射处理的