CN101499609B - 级联双通激光放大器光路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种激光放大器光路，具体为一种对激光主振荡光进行多级放大的光路结构。包括光隔离器和放大部分，光隔离器包括第一偏振片、1/2波片、法拉第旋转器和第二偏振片。放大部分包括由第一激光介质、第一1/4波片、第一反射镜组成的放大支路和由第三偏振片、第二激光介质、第二1/4波片、第二反射镜、第三激光介质、第三1/4波片和第三反射镜组成的放大支臂。放大支路和放大支臂的光通过结构中心的第三偏振片耦合，种籽光经过三级双通放大后，由第二偏振片反射而出。本发明保证了每个激光介质都为双通放大，提高了增益效率，同时抑制了自激振荡，保证了放大激光的光束质量，并且可以方便的进行放大支臂级联。
Description
技术领域
本发明是一种激光放大器光路，具体为一种对激光主振荡光进行多级放大的光路结构，本放大器易于进行多级级联，对主振荡产生的激光能够实现多级双通放大。
背景技术
激光主振荡放大是一种常用的实现高功率，高能量激光输出的技术。首先由一台激光器(称为主振荡器)产生性能优良的较弱光信号(种籽光)，然后注入到一级或多级激光放大器内获得光放大。为了获得更高的增益放大倍数，通常采取增加增益介质数量或让种籽光多次通过增益介质的方法，前一种称为多级单通放大，后一种称为多通放大。目前单通放大器，只让种籽光一次通过增益介质，其利用率低；并且多级级联时，由于增益介质参数不一致使得热退偏和热畸变不易得到很好补偿，使种籽光被放大的同时，光束质量严重下降。而对于多通放大，特别是四通放大，易产生自激振荡，严重影响放大效率。如何在保证增益介质有很高的利用效率的同时，又能很好的抑制自激振荡，补偿热致退偏和热畸变，保证光束质量是设计光放大结构时需要考虑的问题。
发明内容
本发明的目的是针对激光放大器的技术特点，利用偏振元件和激光偏振态改变的方法，提出了一种易于级联的、同时满足有很高的增益介质利用效率、又能很好的抑制自激振荡、补偿热致退偏的多级双通放大器光路结构。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：本发明包括用于种籽光导入的光隔离器和对从光隔离器输出的种籽光进行放大的放大部分。所述光隔离器包括沿种籽光传播方向依次放置的第一偏振片、1/2波片、法拉第旋转器和第二偏振片。所述的放大部分包括由第一激光介质、第一1/4波片、第一反射镜组成的放大支路和由第三偏振片、第二激光介质、第二1/4波片、第二反射镜、第三激光介质、第三1/4波片和第三反射镜组成的放大支臂。放大支路中的第一激光介质、第一1/4波片和第一反射镜沿光隔离器输出光传播方向依次设置，放大支臂中的第三偏振片放置在第二偏振片和放大支路中的第一激光介质之间，在第三偏振片的斜下方一侧依次放置有第二激光介质、第二1/4波片和第二反射镜，斜上方一侧依次放置有第三激光介质、第三1/4波片和第三反射镜，并且第三偏振片、第二激光介质、第二1/4波片、第二反射镜、第三激光介质、第三1/4波片和第三反射镜处于同一光轴。放大支路的光轴与放大支臂的光轴之间的夹角为
所有偏振片满足光线布儒斯特角θ入射。
在第二偏振片和第一激光介质之间设置的放大支臂的个数为1～5个。放大支路和放大支臂中的1/4波片可以由45°法拉第旋转器替换。
与现有结构相比，本发明具有以下优点：1)保证了每个激光介质都为双通放大，提高了增益效率；2)由于光在放大过程中，偏振态的不断变化，合理的补偿了激光介质的热致退偏效应，保证了放大激光的光束质量；3)由于偏振态的不断变化，使反射镜间激光难以实现直接往返，从而抑制自激振荡；当激光因多模运转或能量过高产生的热致退偏时，退偏振的光会沿主光轴进入光隔离器，从偏振片1反射而出，而不会与反射镜间形成多次往返，从另一方面抑制了自激振荡的产生；4)如需要更高的放大增益，可以方便的进行放大支臂级联(见附图2)；5)结构紧凑。
附图说明
图1是本发明的第一结构示意图
图中：1、第一偏振片，2、1/2波片，3、45°法拉第旋转器，4、第二偏振片，5、第三偏振片，6、第一激光介质，7、第一1/4波片，8、第一反射镜，9、第二激光介质，10、第二1/4波片，11、第二反射镜，12、第三激光介质，13、第三1/4波片，14、第三反射镜
图2是本发明的第二结构示意图
图中：a为第一放大支臂，包含图1中的5、9、10、11、12、13、14元件
b为扩展的第二放大支臂，结构与a相同
c为扩展的第三放大支臂，结构与a相同
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，本实施例包括用于种籽光导入的光隔离器和对从光隔离器输出的种籽光进行放大的放大部分。光隔离器包括沿种籽光传播方向依次放置的第一偏振片1、1/2波片2、法拉第旋转器3和第二偏振片4。放大部分包括由第一激光介质6、第一1/4波片7、第一反射镜8组成的放大支路和由第三偏振片5、第二激光介质9、第二1/4波片10、第二反射镜11、第三激光介质12、第三1/4波片13和第三反射镜14组成的放大支臂。放大支路中的第一激光介质6、第一1/4波片7和第一反射镜8沿光隔离器输出光传播方向依次设置，放大支臂中的第三偏振片5放置在第二偏振片4和放大支路中的第一激光介质6之间，并且第一偏振片1、1/2波片2、45°法拉第旋转器3、第二偏振片4、第三偏振片5、第一激光介质6、第一1/4波片7、第一全反射镜8处于同一光轴上。在第三偏振片5的斜下方一侧按照远离第三偏振片5的方向依次放置有第二激光介质9、第二1/4波片10和第二反射镜11，斜上方一侧按照远离第三偏振片5的方向依次放置有第三激光介质12、第三1/4波片13和第三反射镜14，并且第三偏振片5、第二激光介质9、第二1/4波片10、第二反射镜11、第三激光介质12、第三1/4波片13和第三反射镜14处于同一光轴。放大支路和放大支臂的光通过结构中心的第三偏振片5耦合，放大支路的光轴与放大支臂的光轴之间的夹角为
所有偏振片满足光线布儒斯特角θ入射。种籽光从图1左端入射，经过三级双通放大后，由第二偏振片4反射而出。
由主振荡器产生的种籽光，须为水平方向偏振光，如图1所示，从左端以此波长的布儒斯特角入射到第一偏振片1，经过由1/2波片2、45°法拉第旋转器3、第二偏振片4组成的光隔离器后入射到第三偏振片5，继续透射到第一激光介质6进行第一级放大，然后经过第一1/4波片7后变为圆偏振光，到第一反射镜8后返回再次经过第一1/4波片7变为竖直偏振光，经过第一激光介质6进行第一级再次放大，到第三偏振片5，反射到第二激光介质9进行第二级放大，通过第二1/4波片10后变为圆偏振光，再入射到第二反射镜11上，返回第二1/4波片变为水平偏振光，通过第二激光介质9进行第二级再次放大，到第三偏振片5后透射到第三激光介质12进行第三级放大，之后入射到第三1/4波片13变为圆偏振光，再入射到第三反射镜14，返回后经过第三1/4波片13变为竖直方向偏振光，在经过第三激光介质12进行第三级再次放大，再入射到第三偏振片5上反射，到第二偏振片4上再次反射，到此完成放大过程，共为三次双通放大。如果需要更高的放大增益，可以将放大支臂扩展，加入第二、第三(可选)放大支臂(见附图2)，并且各放大支臂的光轴平行布置。注：当激光因多模运转或能量过高产生的热致退偏严重而使1/4波片无法改变全部光的偏振态时，处于激光介质与反射镜间的1/4波片(如附图1中的7、10、13)可换成45°法拉第旋转器。
Claims (3)
1.级联双通激光放大器光路结构，包括用于种籽光导入的光隔离器和对从光隔离器输出的种籽光进行放大的放大部分；所述光隔离器包括沿种籽光传播方向依次放置的第一偏振片(1)、1/2波片(2)、法拉第旋转器(3)和第二偏振片(4)；其特征在于：所述的放大部分包括由第一激光介质(6)、第一1/4波片(7)、第一反射镜(8)组成的放大支路和由第三偏振片(5)、第二激光介质(9)、第二1/4波片(10)、第二反射镜(11)、第三激光介质(12)、第三1/4波片(13)和第三反射镜(14)组成的放大支臂；放大支路中的第一激光介质(6)、第一1/4波片(7)和第一反射镜(8)沿光隔离器输出光传播方向依次设置，放大支臂中的第三偏振片(5)放置在第二偏振片(4)和放大支路中的第一激光介质(6)之间，在第三偏振片(5)的斜下方一侧依次放置有第二激光介质(9)、第二1/4波片(10)和第二反射镜(11)，斜上方一侧依次放置有第三激光介质(12)、第三1/4波片(13)和第三反射镜(14)，并且第三偏振片(5)、第二激光介质(9)、第二1/4波片(10)、第二反射镜(11)、第三激光介质(12)、第三1/4波片(13)和第三反射镜(14)处于同一光轴；放大支路的光轴与放大支臂的光轴之间的夹角为
所有偏振片满足光线布儒斯特角θ入射。
2.根据权利要求1所述的级联双通激光放大器光路结构，其特征在于：在第二偏振片(4)和第一激光介质(6)之间设置的放大支臂的个数为1-5个；当放大支臂的个数为2-5时，各放大支臂的光轴平行布置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的级联双通激光放大器光路结构，其特征在于：放大支路和放大支臂中的1/4波片由45°法拉第旋转器替换。
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