專利名稱：多通板條激光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及固體激光放大器，尤其涉及多通板條激光放大器，在工業(yè)領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，屬于激光放大器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)激光器輸出能量的要求越來(lái)越高，同時(shí)要求激光器整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的多通板條激光放大器，能夠?qū)崿F(xiàn)小信號(hào)或大信號(hào)，脈沖或連續(xù)種子激光放大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、高能量和高光束質(zhì)量激光放大的多通板條激光放大器。本發(fā)明是一種半導(dǎo)體側(cè)面泵浦板條多通激光放大器，具體為一種可以實(shí)現(xiàn)小信號(hào)或大信號(hào)，脈沖或連續(xù)種 子激光放大的激光放大器結(jié)構(gòu)。所述的半導(dǎo)體側(cè)面泵浦板條多通激光放大器包括板條激光增益介質(zhì)、泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、板條激光增益介質(zhì)、兩片柱面鏡、反射結(jié)構(gòu)組成。抑制了寄生振蕩，提高種子激光的功率密度，泵浦激光功率密度和利用率，減小了熱透鏡效應(yīng)對(duì)光束質(zhì)量的影響，提高了種子激光的放大效率，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量、高光束質(zhì)量的放大激光輸出。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案:多通板條激光放大器包括梯形板條激光增益介質(zhì)(I)、泵浦源(2)、泵浦耦合系統(tǒng)(3)、兩片柱面鏡(4)、反射結(jié)構(gòu)(5);所述的泵浦源為單個(gè)半導(dǎo)體巴條或多個(gè)半導(dǎo)體堆棧；所述的兩片柱面鏡焦距相等，到激光增益介質(zhì)中心的距離等于柱面鏡的焦距。梯形板條激光增益介質(zhì)(I)、泵浦源(2)、泵浦耦合系統(tǒng)(3)、兩片柱面鏡(4)、反射結(jié)構(gòu)(5)的中心位于同一高度，泵浦耦合系統(tǒng)(3)位于梯形板條激光增益介質(zhì)(I)和泵浦源(2)中間，在水平方向上，梯形板條激光增益介質(zhì)(I)和泵浦耦合系統(tǒng)(3)的之間的間距與泵浦耦合系統(tǒng)(3)的焦距一致，泵浦耦合系統(tǒng)將半導(dǎo)體泵浦光聚焦進(jìn)入激光增益介質(zhì)；兩片柱面鏡
(4)分別位于梯形板條激光增益介質(zhì)(I)兩斜面旁邊，梯形板條激光增益介質(zhì)(I)和兩片柱面鏡(4)的間距，與兩片柱面鏡(4)的焦距一致，反射結(jié)構(gòu)(5)在柱面鏡(4)遠(yuǎn)離梯形板條激光增益介質(zhì)(I)的一端，保證光線每次能夠通過(guò)柱面鏡(4)入射到反射結(jié)構(gòu)(5)上然后再通過(guò)柱面鏡(4)反射到梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面，種子激光通過(guò)梯形板條激光增益介質(zhì)的兩個(gè)斜面進(jìn)行放大。所述的反射結(jié)構(gòu)(5)由全反鏡或90度棱鏡組成，根據(jù)多通放大次數(shù)需要選擇組成結(jié)構(gòu)和使用個(gè)數(shù)。所述的激光增益介質(zhì)是Nd: YV04、Nd: YLF、Nd: GdV04、Yb: YAG或Nd: YAG的梯形結(jié)構(gòu)板條。與現(xiàn)有多通板條激光放大器的結(jié)構(gòu)相比，本實(shí)用新型有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):1)結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，激光放大器只有梯形板條激光增益介質(zhì)、泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、板條激光增益介質(zhì)、兩片柱面鏡、反射結(jié)構(gòu)組成。2)放大效率高，通過(guò)使用一對(duì)焦距相同的柱透鏡將每一通種子激光進(jìn)行壓縮，提高種子激光功率密度，提高放大效率。通過(guò)調(diào)整泵浦耦合系統(tǒng)，改變半導(dǎo)體泵浦光聚焦光斑大小，使其與經(jīng)柱面鏡聚焦后種子光直徑相匹配，提高泵浦光功率密度和利用效率，減小了熱透鏡效應(yīng)對(duì)光束質(zhì)量的影響。梯形板條激光增益介質(zhì)可以有效的抑制寄生振蕩，減少了能量損耗。

圖1是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種五通放大結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種三通放大結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種七通放大結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種五通放大結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種五通放大結(jié)構(gòu)圖；圖6是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種五通放大結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1至圖6對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型多通板條激光放大器的一種五通放大實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。由圖1可見(jiàn)，本實(shí)用新型由梯形板條激光增益介質(zhì)1、泵浦源2、泵浦耦合系統(tǒng)3、兩片柱面鏡4、反射結(jié)構(gòu)5組成。它們的相對(duì)位置是，在高度方向上，梯形板條激光增益介質(zhì)1、泵浦源2、泵浦耦合系統(tǒng)3、兩片柱面鏡4、反射結(jié)構(gòu)5均處于同一中心高度；在水平方向上，梯形板條激光增益介質(zhì)I和泵·浦耦合系統(tǒng)3的間距，與泵浦耦合系統(tǒng)3的焦距一致，泵浦源2和泵浦耦合系統(tǒng)3的間距大小任意，梯形板條激光增益介質(zhì)I和兩片柱面鏡4的間距，與兩片柱面鏡4的焦距一致，左側(cè)柱面鏡4的傾斜角與左側(cè)入射的光線保持近90度，右側(cè)柱面鏡4的傾斜角與右側(cè)出射的光線保持近90度，反射結(jié)構(gòu)5包括四片全反鏡，左右兩側(cè)的兩片全反鏡夾角略小于90度，保證將光線每次以不同角度反射到梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面中心位置，具體夾角由梯形板條激光增益介質(zhì)I具體尺寸和多通放大次數(shù)決定。所述的激光增益介質(zhì)結(jié)構(gòu)是梯形結(jié)構(gòu)的板條結(jié)構(gòu)，種子激光通過(guò)梯形板條激光增益介質(zhì)的兩個(gè)斜面進(jìn)行放大。所述的激光增益介質(zhì)是Nd:YV04、Nd:YLF、NdiGdVO4, Yb:YAG 或 Nd:YAG。所述的兩片柱面鏡焦距相等，到激光增益介質(zhì)中心的距離等于柱面鏡的焦距，使種子激光聚焦焦點(diǎn)位于激光增益介質(zhì)下表面附近。種子激光直徑焦距大小，根據(jù)聚焦后的種子激光大小選擇，保證聚焦放大后的種子激光功率密度低于激光增益介質(zhì)的損傷閾值。所述的泵浦源為單個(gè)半導(dǎo)體巴條或多個(gè)半導(dǎo)體堆棧。所述的泵浦耦合系統(tǒng)將半導(dǎo)體泵浦光聚焦進(jìn)入激光增益介質(zhì)，其中聚焦光斑大小與種子激光直徑相同，以此匹配種子激光直徑和泵浦光的大小，減小了熱透鏡效應(yīng)對(duì)光束質(zhì)量的影響。所述的反射結(jié)構(gòu)由四片45度全反鏡組成，根據(jù)種子激光直徑和激光多通放大次數(shù)，確定梯形板條激光增益介質(zhì)、兩片柱面鏡和45度全反鏡具體尺寸大小。[0023]下面具體介紹圖1中種子激光的五通放大過(guò)程:種子激光經(jīng)左側(cè)柱面鏡4壓縮后，由左側(cè)掠入射進(jìn)入梯形板條激光增益介質(zhì)1，其中，入射角度遠(yuǎn)大于激光增益介質(zhì)的內(nèi)全反射角。種子激光在梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面聚焦并發(fā)生全反射，由右側(cè)出射，通過(guò)右側(cè)柱面鏡4后種子激光被準(zhǔn)直，實(shí)現(xiàn)一通放大。種子激光經(jīng)右側(cè)兩片45度全反鏡5反射，通過(guò)右側(cè)柱面鏡4被聚焦到梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面，經(jīng)左側(cè)柱面鏡4被準(zhǔn)直，實(shí)現(xiàn)二通放大。種子激光經(jīng)左側(cè)兩片45度全反鏡5反射，再次通過(guò)左側(cè)柱面鏡4、梯形板條激光增益介質(zhì)I和右側(cè)柱面鏡4，實(shí)現(xiàn)三通放大。同理，再次分別經(jīng)過(guò)45度全反鏡5反射、兩側(cè)柱面鏡4和梯形板條激光增益介質(zhì)1，實(shí)現(xiàn)四通和五通放大。五通放大后的種子激光最后從右側(cè)兩片45度全反鏡5中間出射。三通和七通放大的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖如圖2和圖3所示，其原理與具體所述的五通放大相同，元件相對(duì)結(jié)構(gòu)位置也與五通放大基本相同，只有反射結(jié)構(gòu)5中，左右兩側(cè)兩片全反鏡的夾角，要根據(jù)梯形板條激光增益介質(zhì)I具體尺寸和多通放大次數(shù)決定。圖4至圖6為可行的、反射結(jié)構(gòu)不同的多通板條激光放大器的一種五通放大實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖，其原理與具體所述的五通放大相同。圖4至圖6中，梯形板條激光增益介質(zhì)1、泵浦源2、泵浦耦合系統(tǒng)
3、兩片柱面鏡4的相對(duì)結(jié)構(gòu)位置與五通放大相同。圖4中反射結(jié)構(gòu)5包括8片全反鏡，左右兩側(cè)各4片，每2片全反鏡構(gòu)成一組，每組夾角均小于90度，保證將光線每次以不同角度反射到梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面中心位置，具體夾角由梯形板條激光增益介質(zhì)I具體尺寸和多通放大次數(shù)決定。圖5中反射結(jié)構(gòu)5包括4片全反鏡，左右兩側(cè)各2片，分別保證90度夾角，保證每條反射光線均以相同角度反射到梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面。圖6中反射結(jié)構(gòu)5包括4塊90度棱鏡，左右兩側(cè)各2塊，保證每條反射光線均以相同角度反射到梯形板條激光增益介質(zhì)I下表面。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)緊湊的多通板條激光放大器，抑制了寄生振蕩，提高種子激光的功率 密度，泵浦激光功率密度和利用率，匹配了種子激光直徑和泵浦光的大小，減小了熱透鏡效應(yīng)對(duì)光束質(zhì)量的影響，提高了種子激光的放大效率，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量、高光束質(zhì)量的放大激光輸出。
權(quán)利要求1.多通板條激光放大器，其特征在于，包括梯形板條激光增益介質(zhì)(I)、泵浦源(2)、泵浦耦合系統(tǒng)(3)、兩片柱面鏡(4)、反射結(jié)構(gòu)(5);所述的泵浦源為單個(gè)半導(dǎo)體巴條或多個(gè)半導(dǎo)體堆棧； 所述的兩片柱面鏡焦距相等，到激光增益介質(zhì)中心的距離等于柱面鏡的焦距，梯形板條激光增益介質(zhì)(I)、泵浦源(2)、泵浦耦合系統(tǒng)(3)、兩片柱面鏡(4)、反射結(jié)構(gòu)(5)的中心位于同一高度，泵浦耦合系統(tǒng)(3)位于梯形板條激光增益介質(zhì)(I)和泵浦源(2)中間，在水平方向上，梯形板條激光增益介質(zhì)(I)和泵浦耦合系統(tǒng)(3)的之間的間距與泵浦耦合系統(tǒng)(3)的焦距一致，泵浦耦合系統(tǒng)將半導(dǎo)體泵浦光聚焦進(jìn)入激光增益介質(zhì)；兩片柱面鏡(4)分別位于梯形板條激光增益介質(zhì)(I)兩斜面旁邊，梯形板條激光增益介質(zhì)(I)和兩片柱面鏡(4)的間距，與兩片柱面鏡(4)的焦距一致，反射結(jié)構(gòu)(5)在柱面鏡(4)遠(yuǎn)離梯形板條激光增益介質(zhì)(I)的一端，保證光線每次能夠通過(guò)柱面鏡(4)入射到反射結(jié)構(gòu)(5)上然后再通過(guò)柱面鏡(4)反射到梯形板條激光增益介質(zhì)(I)表面，種子激光通過(guò)梯形板條激光增益介質(zhì)的兩個(gè)斜面進(jìn)行放大。
2.按照權(quán)利要求1的多通板條激光放大器，其特征在于，所述的反射結(jié)構(gòu)(5)由全反鏡或90度棱鏡組成。
3.按照權(quán)利要求1的多通板條激光放大器，其特征在于，所述的激光增益介質(zhì)是Nd: YVO4, Nd: YLF、Nd: Gd`VO4, Yb: YAG 或 Nd: YAG 的梯形結(jié)構(gòu)板條。
專利摘要多通板條激光放大器，屬于激光放大器。包括板條激光增益介質(zhì)、泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、板條激光增益介質(zhì)、兩片柱面鏡、反射結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型抑制了寄生振蕩，提高種子激光的功率密度，泵浦激光功率密度和利用率，減小了熱透鏡效應(yīng)對(duì)光束質(zhì)量的影響，提高了種子激光的放大效率，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量、高光束質(zhì)量的放大激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK203150893SQ20132002299
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者李強(qiáng), 孫哲, 陳欣, 雷訇, 姜夢(mèng)華, 惠勇凌 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)