多程全反射激光放大模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及激光放大，特別是一種多程全反射激光放大模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 小型化的激光裝置在航空、太空探索等方面有著廣泛的應(yīng)用，激光裝置既要滿足 小型化，還要實現(xiàn)高功率和高光束質(zhì)量的輸出。但是單一的振蕩級激光器很難同時滿足該 兩個要求，為此通常采用主振蕩和多級放大來獲得高功率、高能量和高光束質(zhì)量的激光器。
[0003] 激光放大器裝置的結(jié)構(gòu)通常包括種子激光，累浦光和增益介質(zhì)=個主要部分。種 子激光的輸出功率較低，但是光束質(zhì)量很好，接近衍射極限。放大增益介質(zhì)，按照增益介質(zhì) 的類型可W分為染料、氣體、晶體、陶瓷和玻璃；按照形狀可W分為椿狀、板條、碟片和光纖 等；累浦光系統(tǒng)通常由半導(dǎo)體激光器或閃光燈構(gòu)成。然而，增益介質(zhì)由于自身的物理和化學(xué) 特性，很少晶體的尺寸和滲雜濃度等多方面適合采用傳統(tǒng)的板條、椿狀和光纖結(jié)構(gòu)難W實 現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量并且小型化的激光器。另外，其他的多程放大器（如圖2所示，參見 CN101877454B)的方案，因為其為多片鏡片共同組成的系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定 性，并且種子激光在其入射面和出射面同時存在兩種激光通過，種子激光的尺寸受到限制； 全反射放大模塊如圖3所示（參見CN102916327A)的方案僅僅可W應(yīng)用于正方體模塊，不 能夠根據(jù)實際的晶體形狀來選擇板條放大介質(zhì)的形狀，而且使用過程中種子激光在出射面 有能量損失。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種多程全反射激光放大模塊，該裝置的優(yōu)點是；放大 模塊體積很小，種子激光和累浦光在增益介質(zhì)中的傳播光程比較大，累浦光能夠完全被吸 收，累浦光與種子激光的模匹配較好，種子激光可W得到完全放大，光-光轉(zhuǎn)換效率較高； 同時，板條增益介質(zhì)厚度很小，大面積冷卻，減小了板條厚度方向的溫度梯度。該裝置有利 于同時獲得高功率和高光束質(zhì)量激光輸出。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] 一種多程全反射激光放大模塊，包括增益介質(zhì)、種子激光源和光纖禪合半導(dǎo)體累 浦源，其特點在于，所述的增益介質(zhì)為長方體板條增益介質(zhì)，該長方體板條增益介質(zhì)的兩個 角各切去一直角=棱柱作為激光的入射面和出射面，在所述的入射面的入射光方向設(shè)置所 述的種子源，在所述的出射面的輸出光方向依次設(shè)置雙色平面鏡和所述的光纖禪合半導(dǎo)體 累浦源，所述的雙色平面鏡的前表面鍛有對種子激光的高反膜和對累浦光的增透膜，在所 述的雙色平面鏡的后表面鍛有對累浦光的增透膜；所述的入射面鍛有對種子激光的0°增 透膜和對累浦光的0°全反膜，所述的出射面鍛有對種子激光和累浦光的0°增透膜，所述 的長方體板條增益介質(zhì)的左側(cè)面、右側(cè)面、上側(cè)面和下側(cè)面和兩個大面均鍛有對種子激光 的0°增透膜，所述的種子源輸出的種子激光垂直于所述的入射面進(jìn)入所述的長方體板條 增益介質(zhì)，在所述的長方體板條增益介質(zhì)的上側(cè)面、下側(cè)面、左側(cè)面和右側(cè)面發(fā)生全反射， 放大后的種子激光經(jīng)所述的出射面、雙色平面鏡的前表面反射輸出，所述的光纖禪合半導(dǎo) 體累浦源輸出的整形后的累浦光，經(jīng)所述的雙色平面鏡和出射面進(jìn)入所述的長方體板條增 益介質(zhì)，累浦光的傳播路徑和種子激光的傳播路徑相同但傳播方向相反。
[0007] 所述的種子激光在上側(cè)面、下側(cè)面的反射角為01，在左側(cè)面、右側(cè)面的反射角為 90° -01，所述的長方體板條增益介質(zhì)（10)的長度為以寬度為W，在上側(cè)面、下側(cè)面的最多 反射次數(shù)為n，在左側(cè)面、右側(cè)面最多反射次數(shù)為m，W = 2ma，a為寬邊兩相鄰全反射點之間 的距離，根據(jù)幾何關(guān)系所述的長方體板條增益介質(zhì)10的長度L = (2n+l)btan 0 i，b為長方 體板條增益介質(zhì)10的長邊兩相鄰全反射點之間的距離。
[000引所述的種子激光在所述的長方體板條增益介質(zhì)的上側(cè)面和下側(cè)面的反射角 為0 1，在左側(cè)面和右側(cè)面的反射角為0，，0，和0 1入射角必須大于全反射角0 t，增 益介質(zhì)的折射率為叫，外界環(huán)境的折射率為n。，該里空氣作為外界環(huán)境，所W 11。= 1，則
又 0,+ 目1=90。，所W 0 r< 0，<90。-0 r。
[0009] 所述的入射面和出射面的相對位置是長方體板條增益介質(zhì)四個棱角的其中兩個。
[0010] 所述的長方體板條增益介質(zhì)的長度為以寬度為W，厚度為H，種子激光在上側(cè)面、 下側(cè)面的反射角為0 1，在左側(cè)面、右側(cè)面的反射角為0，，在上側(cè)面、下側(cè)面的反射次數(shù)為 nl和n2,在左側(cè)面、右側(cè)面的反射次數(shù)為ml和m2,不考慮切角的造成光程大小減小，種子激 光在所述的長方體板條增益介質(zhì)內(nèi)的傳播總光程為：
[0011]
[0012] 所述的長方體板條增益介質(zhì)為滲欽錠侶石惱石、滲鏡錠侶石惱石、滲欽氣化裡錠、 滲欽饑酸錠或滲鐵藍(lán)寶石。
[0013] 所述的種子激光為脈沖激光或者連續(xù)激光。
[0014] 其實現(xiàn)方法1 ;如圖1所示，選用長方體板條增益介質(zhì)，在沿對角線的兩端得到兩 個切面作為入射面和出射面，所述的長方體板條增益介質(zhì)還包括上側(cè)面、下側(cè)面、左側(cè)面和 右側(cè)面。入射面鍛對種子激光的增透膜和對累浦光的高反膜，出射面鍛有對種子激光和累 浦光的增透膜。種子激光從入射面進(jìn)入所述的長方體板條增益介質(zhì)，在上側(cè)面、下側(cè)面、左 側(cè)面和右側(cè)面發(fā)生全反射，經(jīng)過所述的長方體增益介質(zhì)放大后從出射面輸出。累浦光從出 射面進(jìn)入到所述的長方體板條增益介質(zhì)內(nèi)，累浦光的傳播路徑與種子激光傳播路徑相同， 但是傳播方向相反。累浦光在長方體板條增益介質(zhì)內(nèi)的傳播路徑足夠長，累浦光可W被完 全吸收。種子激光和累浦光的模匹配較好，可W實現(xiàn)較高的光-光轉(zhuǎn)換效率。
[0015] 本發(fā)明多程全反射激光放大模塊，具有W下優(yōu)點：
[0016] 1)長方體板條增益介質(zhì)的尺寸小，但是，種子激光在其中的傳播光程長，種子激光 在增益介質(zhì)中的填充因子高。
[0017] 2)種子激光和累浦光模匹配較大，種子激光能夠得到完全的放大，光-光轉(zhuǎn)換效 率高。
[0018] 3)種子激光在板條內(nèi)部可W實現(xiàn)多次反射，對滲雜濃度低和尺寸較小的介質(zhì)，累 浦功率也被完全吸收，種子激光被放大到很高的功率。
[0019] 4)長方體板條增益介質(zhì)的厚度很小，采用大面積冷卻，減小了溫度梯度，熱效應(yīng) 小，輸出光束質(zhì)量比較好。
[0020] 5)本發(fā)明多程放大板條增益模塊只需要很少的鏡片，減小了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性， 并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明多程全反射激光放大模塊實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖
[0022] 圖2是現(xiàn)有多程放大板條增益模塊之一示意圖
[0023] 圖3是現(xiàn)有多程放大板條增益模塊之二示意圖
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理，結(jié)構(gòu)和實施辦法作進(jìn)一步說明。
[0025] 先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明多程全反射激光放大模塊實施例1的的結(jié)構(gòu)示意圖， 由圖可見，本發(fā)明多程全反射激光放大模塊，包括增益介質(zhì)10、種子激光源7和光纖禪合半 導(dǎo)體累浦源9,所述的增益介質(zhì)10為長方體板條增益介質(zhì)10,該長方體板條增益介質(zhì)10的 兩個対角各切去一直角=棱柱作為激光的入射面1和出射面2,在所述的入射面1的入射光 方向設(shè)置所述的種子源7,在所述的出射面2的輸出光方向依次設(shè)置雙色平面鏡8和所述的 光纖禪合半導(dǎo)體累浦源9,所述的雙色平面鏡8的前表面鍛有對種子激光的高反膜和對累 浦光的增透膜，在所述的雙色平面鏡8的后表面鍛有對累浦光的增透膜；所述的入射面1鍛 有對種子激光的0°增透膜和對累浦光的0°全反膜，所述的出射面2鍛有對種子激光和累 浦光的0°增透膜，所述的長方體板條增益介質(zhì)10的左側(cè)面3、右側(cè)面5、上側(cè)面6和下側(cè)面 4和兩個大面均鍛有對種子激光的0°增透膜，所述的種子源7輸出的種子激光垂直于所述 的入射面1進(jìn)入所述的長方體板條增益介質(zhì)10,在所述的長方體板條增益介質(zhì)10的上側(cè)面 6、下側(cè)面4、左側(cè)面3和右側(cè)面5發(fā)生全反射，放大后的種子激光經(jīng)所述的出射面2、雙色平 面鏡8的前表面反射輸出，所述的光纖禪合半導(dǎo)體累浦源9輸出的整形后的累浦光，經(jīng)所述 的雙色平面鏡8和出射面2進(jìn)入所述的長方體板條增益介質(zhì)10,累浦光的傳播路徑和種子 激光的傳播路徑相同但傳播方向相反。
[0026] 所述的種子激光在上側(cè)面、下側(cè)面的反射角為0 1，在左側(cè)面、右側(cè)面的反射角為 90° -01，所述的長方體板條增益介質(zhì)（10)的長度為以寬度為W，在上側(cè)面、下側(cè)面的最多 反射次數(shù)為n，在左側(cè)面、右