一种基于板条增益介质的激光再生放大器的制造方法_2

文档序号:9813143阅读:来源:国知局
述板条增益介质连接的冷却装置为传导冷却装置或直接水冷却装置。
[0035](三)有益效果
[0036]本发明提供了一种基于板条增益介质的激光再生放大器,本发明将激光再生放大器与板条增益介质结合,实现了比目前基于棒状增益介质的激光再生放大器更高的光束质量和功率输出,同时具有成本低的优点。
【附图说明】
[0037]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1a为部分泵浦板条增益介质行波放大激光器的结构示意图;
[0039]图1b为图1a中部分泵浦板条增益介质行波放大激光器的增益介质的结构示意图;
[0040]图2为本发明的一个较佳实施例的一种基于板条增益介质的激光再生放大器的结构示意图;
[0041]图3为本发明的一个较佳实施例的一种基于板条增益介质的激光再生放大器的激光放大模拟图;
[0042]图4为本发明的另一个较佳实施例的一种基于板条增益介质的激光再生放大器的结构示意图。
[0043]图中,
[0044]1、种子光源;2、第一偏振器;3、旋光器;4、半波片;5、第二偏振器;6、调Q模块;7、四分之一波片;8、第一腔镜;9、第二腔镜;10、第三腔镜;11、板条增益介质;12、第四腔镜;13、泵浦光整形器;14、泵浦源;15、光束耦合模块;16、第一透镜;17、第二透镜。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不能用来限制本发明的范围。
[0046]本发明公开了一种基于板条增益介质的激光再生放大器,包括
[0047]种子光源I以及光束耦合模块15,所述光束耦合模块15将所述种子光源I发射的激光脉冲进行整形处理;
[0048]泵浦模块,用于产生泵浦光,为再生谐振腔内的激光提供能量;
[0049]再生谐振腔,用于将射入的激光脉冲进行多次振荡反射,以增加激光脉冲的能量,得到目的激光脉冲;
[0050]光隔离模块,将由所述光束耦合模块15整形后的激光射入所述再生谐振腔,并且将由再生谐振腔射出的所述目的激光脉冲与由所述光束耦合模块15整形后的激光脉冲进行分离;
[0051]所述再生谐振腔还包括板条增益介质11 ;所述板条增益介质11位于所述再生谐振腔内的两个反射镜之间
[0052]所述泵浦模块包括泵浦光整形器13、泵浦源14,经过所述泵浦光整形器13整形后的泵浦光摄入所述再生谐振腔的板条增益介质11。
[0053]本发明将激光再生放大器与板条增益介质结合,实现了比目前基于棒状增益介质的激光再生放大器更高的光束质量和功率输出,同时具有成本低的优点。
[0054]优选地,所述板条增益介质11的厚度远小于其宽度以及长度,其厚度与其宽度的比优选为1:10?1:5 ;其中所述板条增益介质11的长度方向上的两个端面进行抛光处理,用以同时通过泵浦光和激光,所述板条增益介质11的长度和宽度形成的上下两个大面连接冷却装置。所述泵浦光整形器13将所述泵浦源14发射的泵浦光整形为长条形光斑,所述长条形光斑的宽度等于或小于所述板条增益介质11的宽度,所述长条形光斑的厚度小于所述板条增益介质11的厚度,所述长条形光斑以层状形式分布在所述板条增益介质11中。
[0055]优选地,所述再生谐振腔还包括透镜或凹面反射镜,具体为凹面反射镜、柱面反射镜、球面透镜、柱透镜等光学整形器件;所述透镜或凹面反射镜位于所述调Q模块6与板条增益介质11之间的光路上。所述透镜均镀有对激光高透过率的介质膜,所述反射镜均镀有对激光高反射率的介质膜,所述透镜或凹面反射镜之间的位置关系能在宽度方向上(X方向)组成一个望远镜系统,用于实现再生谐振腔内激光脉冲整形,达到激光宽度方向大小不变的目的。
[0056]所述光束稱合模块15将入射激光整形成为长条形光斑,所述光束稱合模块15射出长条形光斑的尺寸与经过所述泵浦光整形器13整形得到的长条形光斑的尺寸相等;通过设计合适的所述再生谐振腔的腔形可达到如下目的:一方面在厚度方向(y方向)由于存在热焦距,种子激光的长条形光斑I方向大小实现传统激光再生放大器上的自再现,保持I方向光斑大小不变;另一方面在种子激光的长条形光斑在宽度方向(X方向)经过准直,并且板条增益介质11在X方向热焦距可以忽略不计,在所述再生谐振腔腔内望远镜系统的作用下,激光脉冲在腔内往返时,种子激光的长条形光斑X方向大小在增益介质上保持不变,脉冲能量达到最大值时通过改变调Q模块6的开关状态将激光脉冲释放出来。
[0057]所述光隔离模块包括第一偏振器2、旋光器3和半波片4 ;所述光束耦合模块15的输出光路上依次设置第一偏振器2、旋光器3和半波片4 ;所述第一偏振器2对激光P偏振光高透过率,对激光s偏振光高反射率;所述旋光器3内部晶体的口径大于或等于所述板条增益介质11的宽度,其使所述第一偏振器2射出的偏振光的偏振态旋转45° ,并且与入射光方向无关;所述半波片4的快轴或慢轴与入射激光的偏振态呈22.5°夹角,使入射激光的偏振态以与快轴或慢轴轴对称方向旋转45°,即从一个方向的入射的线偏振光的偏振态顺时针旋转45°,而从另一个方向入射的线偏振光的偏振态逆时针旋转45°。优选地,所述第一偏振器2为薄膜偏振片;所述旋光器3为法拉第旋光器。
[0058]所述再生谐振腔还包括第一腔镜8、第四腔镜12、第二偏振器5、调Q模块6、四分之一波片7 ;所述第一腔镜8到第四腔镜12之间的光路上依次设置四分之一波片7、调Q模块6、第二偏振器5、板条增益介质11 ;所述光隔离模块射出的激光经所述第二偏振器5反射或透射后,经过四分之一波片7,然后由所述第一腔镜8反射,并在所述第一腔镜8、第四腔镜12及之间的光路上进行多次反射;所述调Q模块6在激光第二次经过所述四分之一波片7之后、并且激光第三次经过所述四分之一波片7之前由关闭状态改变为开启状态。
[0059]所述第一腔镜8、第四腔镜12均为对激光高反射率并且对泵浦光高透过率的平面镜;所述第二偏振器5对激光P偏振光高透过率,对激光s偏振光高反射率;所述四分之一波片7的光轴与水平方向呈45°角,使从一个方向的入射的线偏振激光的偏振态变为圆偏振激光,或圆偏振激光变为线偏振激光;所述调Q模块6,在开启状态为一四分之一波片,改变所述调Q模块6的开关状态将激光锁定在再生谐振腔内,控制所述调Q模块6开启状态的持续时间控制激光在再生谐振腔内往返通过所述板条增益介质11提取能量的次数,待再生谐振腔内激光能量达到设定值时,将所述调Q模块6由开启状态改为关闭状态,释放放大后的激光脉冲。所述调Q模块6为偏硼酸钡晶体的普克尔盒,所述第二偏振器5为薄膜偏振片。
[0060]所述板条增益介质11为掺杂钕离子Nd的晶体、玻璃、陶瓷,掺杂镱离子Yb的晶体、玻璃、陶瓷,掺杂铒离子er的晶体、玻璃、陶瓷,掺杂铥离子Tm的晶体、玻璃、陶瓷;所述泵浦光整形器13为透镜组或光波导;所述泵浦源14为半导体激光器、半导体激光器阵列或者光纤耦合输出半导体激光器;所述板条增益介质11连接的冷却装置为传导冷却装置或直接水冷却装置。
[0061]所述调Q模块6可以是电光晶体的普克尔盒,如BBO、KD*P、RTP等电光晶体,其形状可以是横截面为正方形的棒状,也可以是厚度小于宽度和长度的板条状。
[0062]种子光源I提供的垂直偏振激光脉冲(s偏振)或水平偏振激光脉冲(P偏振)由第一偏振器2反射或透射,经过光隔离模块注入再生谐振腔。种子激光脉冲注入后通过改变调Q模块6的开关状态实现激光脉冲锁定在再生谐振腔内,控制调Q模块6开关状态的持续时间可控制注入的激光脉冲在再生谐振腔内往返通过板条增益介质11提取能量的次数,待再生谐振腔内激光脉冲能量达到设定值时再次改变调Q模块6开关状态即可实现放大后的激光脉冲的释放,在光隔离模块的作用下,返回到光隔离模块的激光脉冲偏振态变成和第一次通过光隔离模块前相垂直的偏振态,在第一偏振器2作用下将放大后的激光脉冲与注入的种子激光光路分开。
[0063]本发明中,增益介质为板条形状,两个端面抛光,用以同时通过泵浦光和激光,上下两个大面连接在金属热沉等冷却装置上对增益介质进行有效的制冷,这样增益介质中的热梯度在厚度方向上(y方向),沿大面方向上的热梯度很小,增益
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