CN101150240A - 传导冷却的激光主振荡功率放大器 - Google Patents

Abstract

一种传导冷却的激光主振荡功率放大器，振荡器特征在于以“之”字形光路传输的激光板条为中心、沿板条增益长度方向上分别为变反射率凸面输出器和凹面后腔镜构成非稳定谐振腔，在板条增益介质的一个侧面为激光二极管阵列和柱透镜。放大器激光介质采用矩形板条，均为两侧面泵浦，上下两个大侧面为传导冷却。本发明既能够提高光束质量、又能够实现高效率高脉冲能量激光输出，并具有结构紧凑，简单和稳定的特点。

Description

传导冷却的激光主振荡功率放大器

技术领域

本发明涉及激光器，特别是一种传导冷却的激光主振荡功率放大器。可实现高效率、高光束质量、高脉冲能量激光输出。

背景技术

实现传导冷却高光束质量、高脉冲能量和高效率激光输出成为近几年空间激光发展的重要技术指标，也是空间激光向前发展的重要推动力。过去几种常见的泵浦方式如下：

侧面泵浦棒状激光介质和稳定谐振腔。传统的侧面泵浦的棒状激光介质，高平均功率运转下，由于严重的热透镜、热致双折射，使得输出激光发生畸变，很难获得高光束质量激光输出。

侧面泵浦直通板状激光介质和稳定腔、非稳定腔，均匀泵浦和均匀冷却，板状激光介质在厚度方向上呈现一维分布，但在高功率运转时，仍然有热效应的存在。很难得到高光束质量输出。

侧面泵浦切成布如斯特角“之”字形光路传输板状激光介质和非稳定、稳定、棱镜谐振腔。“之”字形光路传输的板状激光介质通过平均温度可以消除沿着厚度方向上的一阶热聚焦，提高了光束质量，但是使用稳定谐振腔时，由于其模体积较小，不能充分利用激光介质，故而不能获得高效率输出。传统非稳定谐振腔虽然可以获得大的模体积，但是输出的是环状激光束。棱镜谐振腔虽然可以提高对准的失调性，由于其本身是线性腔，不能获得高光束质量激光输出。

总之，以上几种方式很难获得高光束质量、高效率、高脉冲能量或者高平均功率输出。

发明内容

本发明的目的在于改进上述现有技术的不足，提供一种传导冷却的激光主振荡功率放大器，该激光主振荡功率放大器既要能够提高光束质量、又能够实现高效率高脉冲能量激光输出，并具有结构紧凑，简单和稳定的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种传导冷却的激光主振荡功率放大器，由振荡器和放大器构成：所述振荡器的组成包括一端面切成布如斯特角的板条增益介质，在该板条增益介质长度方向上，一端是变反射率的输出凸面镜，另一端依次是偏振片、Q开关、四分之一波片和凹面后腔镜，该板条增益介质一侧面为柱透镜和激光二极管阵列，另一侧面与桥式无氧铜热沉粘结在一起；

所述放大器的构成包括一矩形放大板条，在该矩形放大板条的一端的布儒斯特角的入射光路上有法拉第隔离器和偏振片，返回光路上有第三平面反射镜和四分之一波片，在该矩形放大板条的另一端设有光路折返的第一平面反射镜和第二平面反射镜，该矩形放大板条的两侧分别设有第二激光二极管阵列和第二激光二极管阵列；

所述的振荡器输出的激光经所述放大器的法拉第隔离器和偏振片以布儒斯特角进入所述的矩形放大板条，出射后经过第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后，再以布儒斯特角进入矩形放大板条，激光从矩形放大板条输出后经过四分之一波片和第三反射镜反射后沿着原光路返回，最后激光从偏振片耦合输出，实现四程放大；

所述的矩形放大器板条的上下两个大面通过铟与铜金属夹持装置固定，所述的板条增益介质、矩形放大板条和激光二极管阵列发出多余的热量通过位于所述的金属夹持装置的热管排出。

所述的板条增益介质为切成布儒斯特角的板条状的激光晶体。

所述的可变反射率输出镜的反射率径向分布呈高斯形分布，或超高斯形分布。

所述的偏振片、调Q开关和四分之一波片组成调Q装置。

所述的激光二极管阵列为单层线阵，其快轴沿着激光板条长度方向排列，所述的柱透镜为平凸结构。

所述的矩形放大板条是激光晶体矩形板条。

所述的平面反射镜的反射率大于99.9％。

本发明的优点：

本发明中，采用传导冷却避免了由于对流冷却造成的对激光板条全反射面的污染，且有较高的传热效率，从而更加适合在空间应用。

本发明中，谐振腔采用带有变反射率输出耦合器的非稳定腔，可以同时获得大模体积和高光束质量激光输出，提高了激光输出效率。

本发明中，激光介质采用切成布儒斯特角的“之”字形光路传输激光板条在“之”字面内消除一阶热聚焦、应力双折射和退偏效应，从而提高了光束质量。

本发明中，放大器中激光“之”字形光路传输实现四程放大，具有泵浦提取效率高，光束质量好的优点。

附图说明

图1是本发明传导冷却的激光主振荡功率放大器实施例的振荡器的结构示意图

图2是本发明传导冷却的激光主振荡功率放大器实施例的放大器的结构示意图

图3是本发明传导冷却的激光主振荡功率放大器实施例的放大器装配示意图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，不应以此限制本发明的保护范围。

先请参考图1、图2和图3，是本发明传导冷却的激光主振荡功率放大器实施例的振荡器和放大器的结构示意图。由图可见，本发明传导冷却的激光主振荡功率放大器，由振荡器和放大器构成：

所述振荡器的组成包括一端面切成布如斯特角的板条激光晶体2，在该板条激光晶体2长度方向上，一端是变反射率的输出凸面镜1，另一端依次是偏振片3、Q开关4、四分之一波片5和凹面后腔镜6，该板条激光晶体2一侧面为柱透镜7和激光二极管阵列8，另一侧面与桥式无氧铜热沉9粘结在一起；

所述放大器的构成，包括一矩形放大板条11，在该矩形放大板条11的一端的布儒斯特角的入射光路上有法拉第隔离器19和偏振片10，在返回光路上有第三平面反射镜15和四分之一波片14，在该矩形放大板条11的另一端设有光路折返的第一平面反射镜12和第二平面反射镜13，该矩形放大板条11的两侧分别设有第二激光二极管阵列16和第二激光二极管阵列17；

所述的振荡器输出的激光经所述放大器的法拉第隔离器19和偏振片10以布儒斯特角射入所述的矩形放大板条11，出射后经过第一平面反射镜12和第二平面反射镜13反射后，再以布儒斯特角进入该矩形放大板条11，激光从矩形放大板条11输出后经过四分之一波片14和第三反射镜15反射后沿着原光路返回，最后激光从偏振片10耦合输出，实现四程放大。

所述的矩形放大板条11的上下两个大面通过金属夹持装置18固定，所述的板条激光晶体2、矩形放大板条11和激光二极管阵列8、16、17发出多余的热量通过热管20排出。

所述的可变反射率输出镜1的反射率径向分布呈高斯形分布，或超高斯形分布。

所述的偏振片3、调Q开关4和四分之一波片5组成调Q装置。

所述的第一激光二极管阵列8为单层线阵，其快轴沿着激光板条长度方向排列，所述的柱透镜7为平凸结构。

所述的矩形放大板条11是激光晶体矩形板条。

所述的平面反射镜12、13、15的反射率大于99.9％。

所述的激光二极管阵列(8)为单层线阵，其快轴沿着板条长度方向排列。会聚柱透镜7为平凸结构。泵浦光经过汇聚压缩，在激光介质宽度方向比较均匀。振荡器输出激光经过法拉第隔离器19、偏振片10、以布儒斯特角入射进入矩形放大器板条11，出射后经过第一平面反射镜12和第二平面反射镜13反射，再次关于光轴对称以布儒斯特角进入矩形激光板条11，从激光板条11输出后经过四分之一波片14、第三平面反射镜15沿着原光路返回。最后激光从偏振片10耦合输出，实现四程放大。所述的传导冷却放大器中，所述的放大器板条11为矩形板条，材料为晶体。

本实施例中，振荡器激光介质泵浦面镀制对泵浦光的增透膜和对输出激光的增透膜，增加对泵浦光的吸收和防止寄生振荡，冷却面镀制对输出激光的增透膜和二氧化硅保护膜。面阵激光二极管阵列沿着快轴方向排列，经过透镜压缩后，泵浦光束在沿着激光介质宽度方向上由原来的10mm压缩到4mm，泵浦光强比较均匀，同时提高了泵浦功率密度。泵浦光两次通过激光介质，增加了对泵浦光的吸收，提高了激光输出效率。激光介质通过高热传导粘合剂与热膨胀系数相同的钨铜合金连接。装裱在桥式热沉上，激光二激管阵列和激光介质产生的热量最终通过传导冷却传递给热管蒸发端，在热管冷端由制冷循环水带走，模拟空间应用中的辐射板。传导冷却与对流冷却方式相比具有结构简单、减少振动、机械稳定性、结构简单、保护激光介质全反射面、减少振动、节约能源等方面的优点。谐振腔由凹面后腔镜6和变反射率输出镜1组成非稳定谐振腔，增加了模体积和光束质量，通过抑制高阶模的振荡可以获得近衍射基模激光输出，增加了激光提取效率。

板条激光放大器采用矩形结构便于加工制造。泵浦面镀制2～3微米二氧化硅保护膜、1064nm增透膜。上下两个冷却面打毛处理，减少寄生震荡发生。

双侧面泵浦增加了泵浦功率，“之”字形光路四程传输提高光束质量和提取效率。经过试用表明。本激光系统具有结构紧凑、高光束质量、高效率、高脉冲能量激光输出。

Claims (7)

1.一种传导冷却的激光主振荡功率放大器，由振荡器和放大器构成，其特征是：

所述振荡器的组成，包括两端面切成布儒斯特角的板条增益介质(2)，在该板条增益介质(2)长度方向上，一端是变反射率的输出凸面镜(1)，另一端依次是偏振片(3)、Q开关(4)、四分之一波片(5)和凹面后腔镜(6)，该板条增益介质(2)一侧面为柱透镜(7)和第一激光二极管阵列(8)，另一侧面与桥式无氧铜热沉(9)粘结在一起；

所述放大器的构成，包括一矩形放大板条(11)，在该矩形放大板条(11)的一端的布儒斯特角的入射光路上依次有法拉第隔离器(19)和偏振片(10)，返回光路上有第三平面反射镜(15)和四分之一波片(14)，在该矩形放大板条(11)的另一端设有光路折返的第一平面反射镜(12)和第二平面反射镜(13)，构成一四程放大系统，该矩形放大板条(11)的两侧分别设有第二激光二极管阵列(16)和第三激光二极管阵列(17)；

所述的振荡器输出的激光经所述放大器的法拉第隔离器(19)和偏振片(10)以布儒斯特角进入所述的矩形放大板条(11)，出射后经过第一平面反射镜(12)和第二平面反射镜(13)反射后，再以布儒斯特角进入矩形放大板条(11)，激光从矩形放大板条(11)输出后经过四分之一波片(14)和第三平面反射镜(15)反射后沿着原光路返回，最后激光从偏振片(10)耦合输出，实现四程放大；

所述的矩形放大器板条(11)的上下两个大面通过铟与铜金属夹持装置(18)固定，所述的板条增益介质(2)、矩形放大板条(11)和激光二极管阵列(8、16、17)发出多余的热量通过位于所述的金属夹持装置(18)的热管(20)排出。

2.根据权利要求1所述的传导冷却的激光主振荡功率放大器，其特征在于所述的板条增益介质(2)为切成布儒斯特角的板条状的激光晶体。

3.根据权利要求1所述的传导冷却的激光主振荡功率放大器，其特征在于所述的可变反射率输出镜(1)是反射率径向分布呈高斯形分布，或超高斯形分布的透镜。

4.根据权利要求1所述的传导冷却的激光主振荡功率放大器，其特征在于所述的偏振片(3)、调Q开关(4)和四分之一波片(5)组成调Q装置。

5.根据权利要求1所述的传导冷却的激光主振荡功率放大器，其特征在于所述的激光二极管阵列(8)为线阵，其快轴沿着板条增益介质(2)的长度方向排列，所述的柱透镜(7)为平凸结构。

6.根据权利要求1所述的传导冷却的激光主振荡功率放大器，其特征在于所述的矩形放大板条(11)是激光晶体矩形板条。

7.根据权利要求1至6任一项所述的传导冷却的激光主振荡功率放大器，其特征在于所述的平面反射镜(12、13、15)的反射率大于99.9％。

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