一種ld泵浦激光放大器及激光放大方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光放大、補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種LD栗浦激光放大器及激光放大方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光放大器是指利用光的受激輻射原理，進(jìn)行注入激光能量(功率)放大的器件。通過采用激光放大器，可以在獲得高的激光能量或功率時(shí)而又保持好的光束質(zhì)量(包括脈寬、線寬、偏振特性等)。因此激光放大器是高能量(功率)激光器的核心部件。
[0003]在現(xiàn)有專利中，針對(duì)激光放大器的專利很多。例如實(shí)用新型專利CN201120237854.3，闡述了一種激光放大設(shè)備和具有該設(shè)備的激光系統(tǒng)。其中，所述激光放大設(shè)備包括多個(gè)激光放大器組，每個(gè)激光放大器組包括一個(gè)或多個(gè)激光放大器，不同組的激光放大器交叉排列，還包括與所有激光放大器相連的控制芯片，該控制芯片控制所述各組放大器在不同時(shí)間段工作。發(fā)明專利CN201110136440.6涉及一種提高燈栗激光放大器工作頻率的裝置，通過旋轉(zhuǎn)反射鏡與固定反射鏡的配合使激光依次進(jìn)入多個(gè)燈栗激光放大器來提高工作頻率。該裝置簡(jiǎn)化了機(jī)械裝置，其整體裝置所占空間小成本低。
[0004]LD栗浦激光(半導(dǎo)體激光)是傳統(tǒng)燈栗浦激光開發(fā)出來的一種激光器，相比傳統(tǒng)的燈栗浦激光而言，其光學(xué)模式更好，結(jié)構(gòu)更小巧，有替代傳統(tǒng)燈栗浦激光的趨勢(shì)，但還是作為一種普通激光器在工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用，價(jià)格便宜，作為一般的打標(biāo)是有著廣泛的運(yùn)用范圍。鑒于LD栗浦高峰值功率、高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量調(diào)Q和鎖模激光器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)牢固、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、通訊、軍事、醫(yī)療等各領(lǐng)域有普遍應(yīng)用。
[0005]采用LD(Laser D1de)栗浦時(shí)，通常采用匹配吸收峰中心波長(zhǎng)的栗浦光進(jìn)行栗浦，但是該方式中，忽略栗浦光的光譜-能量分布特性。例如針對(duì)典型的808.6nm吸收峰，選用中心波長(zhǎng)在此尖峰附近的波長(zhǎng)進(jìn)行栗浦即可，如圖1中間陰影區(qū)域。由于LD存在:TC水溫對(duì)應(yīng)Inm中心波長(zhǎng)的漂移特性，而Nd = YAG等晶體材料的吸收峰寬度通常小于lnm，當(dāng)溫度大幅變化時(shí)，中心波長(zhǎng)就會(huì)偏離吸收峰，這會(huì)使得激光器的栗浦能量在晶體中的分布、儲(chǔ)能發(fā)生變化，導(dǎo)致激光放大器工作不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中，退偏補(bǔ)償不精確、不能適應(yīng)大溫差變動(dòng)的技術(shù)問題，提供一種退偏補(bǔ)償精確、能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度大范圍變化適應(yīng)的LD栗浦激光放大器及激光放大方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—方面，本發(fā)明提供了一種LD栗浦激光放大器，包括沿激光傳遞方向依次排列的第一激光模塊、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子、第一像傳遞透鏡、第二像傳遞透鏡、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子和第二激光模塊；所述第一激光模塊和第二激光模塊具有相同直徑、長(zhǎng)度和摻雜濃度的工作物質(zhì)；所述第一激光模塊和第二激光模塊具有相同的栗浦方式；所述第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子和第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子均為45度的石英轉(zhuǎn)子；第一像傳遞透鏡和第二像傳遞透鏡具有相互重合的焦點(diǎn)，所述焦點(diǎn)位于第一像傳遞透鏡和第二像傳遞透鏡之間的中間位置，所述第一激光模塊與第二激光模塊關(guān)于所述焦點(diǎn)中心對(duì)稱，所述第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子與第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子關(guān)于所述焦點(diǎn)中心對(duì)稱，所述第一像傳遞透鏡和第二像傳遞透鏡關(guān)于所述焦點(diǎn)中心對(duì)稱。
[0009]一些實(shí)施例中，所述第一激光模塊和第二激光模塊均為側(cè)面栗浦模塊。
[0010]優(yōu)選地，所述側(cè)面栗浦模塊為由若干個(gè)半導(dǎo)體疊陣線陣列圓周分布圍繞晶體栗浦。
[0011]—些實(shí)施例中，所述第一像傳遞透鏡和第二像傳遞透鏡為一塊凸透鏡或由多個(gè)透鏡組成的透鏡組。
[0012]一些實(shí)施例中，所述第一像傳遞透鏡和第二像傳遞透鏡為球面透鏡。
[0013]一些實(shí)施例中，所述第一激光模塊和第二激光模塊的摻雜離子種類相同。
[0014]一些實(shí)施例中，所述第一激光模塊和第二激光模塊的栗浦結(jié)構(gòu)和栗浦功率相同。
[0015]—些實(shí)施例中，所述第一激光模塊和第二激光模塊的栗浦脈沖寬度、重復(fù)頻率相同。
[0016]另一方面，本發(fā)明提供一種基于上述LD栗浦激光放大器的激光放大方法，對(duì)激光進(jìn)行測(cè)試、計(jì)算，得到預(yù)設(shè)栗浦光能量密度分布曲線；控制第一激光模塊和第二激光模塊的輸出功率，使第一激光模塊與第二激光模塊的輸出功率比等于所述預(yù)設(shè)栗浦光能量密度分布曲線中兩個(gè)尖峰的強(qiáng)度比；激光依次經(jīng)第一激光模塊、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子、第一像傳遞透鏡、第二像傳遞透鏡、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子和第二激光模塊后輸出。
[0017]—些實(shí)施例中，對(duì)第一激光模塊和第二激光模塊同時(shí)加載電流，并同時(shí)開啟或關(guān)閉。
[0018]—些實(shí)施例中，控制第一激光模塊和第二激光模塊的冷卻水溫，使得第一激光模塊的中心工作波長(zhǎng)和第二激光模塊的中心工作波長(zhǎng)與所述預(yù)設(shè)栗浦光能量密度分布曲線中兩個(gè)尖峰的波長(zhǎng)一致。
[0019]—些實(shí)施例中，控制第一激光模塊和第二激光模塊的加載電流強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一激光模塊和第二激光模塊的輸出功率的控制。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:第一激光模塊和第二激光模塊組成的模塊對(duì)，能夠輸出特定的輸出功率，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)定的栗浦光能量密度分布曲線，由此實(shí)現(xiàn)平頂?shù)挠行障禂?shù)分布。而平頂分布的有效吸收系數(shù)將使得在波長(zhǎng)發(fā)生漂移時(shí)，栗浦能量密度的分布保持穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大溫差范圍的適應(yīng)。另外，通過第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子和第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子構(gòu)成的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使得第一像傳遞透鏡和第二像傳遞透鏡的光程差、像差對(duì)稱分布，彌補(bǔ)了現(xiàn)有退偏補(bǔ)償方案中，采用一塊90度石英轉(zhuǎn)子進(jìn)行補(bǔ)償，兩側(cè)光程不一致，補(bǔ)償不精確的問題，能夠更精確的實(shí)現(xiàn)像傳遞，可以更好的補(bǔ)償退偏效應(yīng)。
【附圖說明】
[0021]圖1是Nd:YAG的吸收光譜，以及LD光譜的典型覆蓋區(qū)域示意圖。
[0022]圖2是實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的LD能量-光譜分布曲線圖。
[0023]圖3是針對(duì)LD能量-光譜分布計(jì)算得到的有效吸收光譜示意圖；包括Nd: YAG吸收光譜和有效吸收光譜。
[0024]圖4是將實(shí)現(xiàn)的平頂有效吸收光譜以及預(yù)設(shè)栗浦光能量密度分布曲線示意圖；包括預(yù)設(shè)栗浦光能量密度分布曲線、Nd = YAG吸收光譜、有效吸收光譜。
[0025]圖5是LD栗浦激光放大器組成示意圖。
[0026]圖6是LD栗浦激光放大器的像傳遞原理圖。
[0027]圖7是經(jīng)本發(fā)明LD栗浦激光放大器放大后的激光輸出光譜及補(bǔ)償疊加效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029]如圖5和圖6所示，本發(fā)明提供了一種LD栗浦激光放大器，包括沿激光傳遞方向依次排列的第一激光模塊1、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子3、第一像傳遞透鏡5、第二像傳遞透鏡6、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子4和第二激光模塊2。圖5中，激光的傳遞方向是從左至右；當(dāng)然，若激光傳遞方向從右至左也是可行的，只要將各部件的附圖標(biāo)記互換一下即可。圖5只是用來說明本發(fā)明LD栗浦激光放大器的組成，只是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例和一種附圖標(biāo)記方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0030]同時(shí)，上述“依次排列”只是表不第一激光模塊1、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子3、第一像傳遞透鏡5、第二像傳遞透鏡6、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子4和第二激光模塊2依次接收激光的順序，以此激光的傳遞順序來表征第一激光模塊1、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子3、第一像傳遞透鏡5、第二像傳遞透鏡6、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子4和第二激光模塊2的前后位置排列關(guān)系。這里并不構(gòu)成對(duì)第一激光模塊1、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子3、第一像傳遞透鏡5、第二像傳遞透鏡6、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子4和第二激光模塊2具體空間位置的限定，也不構(gòu)成對(duì)各部件的具體位置、安裝方式的限定，具體安裝空間位置、安裝方式能實(shí)現(xiàn)激光的上述傳遞順序即可。例如，將第一激光模塊1、第一退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子3、第一像傳遞透鏡5、第二像傳遞透鏡6、第二退偏補(bǔ)償轉(zhuǎn)子4和第二激光模塊2的中心位置與激光的光線射入方向設(shè)定在一條水平線上