CN103972786B - 一种放大器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放大器结构和一种激光器，本发明所述的放大器结构和激光器，采用将薄片激光增益介质置于良性导热晶体材料之上，采用对泵浦光和待放大的种子光通过多次反射实现放大的结构，增大了散热面积体积比，可以运转于高功率情况下，此外，因为泵浦光、种子光分别采用了多次反射通过增益介质，提高了泵浦效率和能量提取效率，此结构易于实现薄片微片结构应用于EDFA。
Description
技术领域
本发明涉及激光领域，特别涉及一种放大器结构和激光器。
背景技术
LD泵浦固体激光放大器结构，是泵浦光入射激光材料，并在激光材料中产生增益。这种结构可以用于放大或在对激光材料中增加谐振反馈下产生激光，而用作光源。激光的很多应用要求增强的光功率输出，但优选的是功率放大同时需要保持高的光束质量，然而泵浦机制产生的热变形导致了光束质量的下降，种子源能量提取机制不合理使得放大倍数受限。
中国专利公开号为CN102637992A的“应用于端泵激光放大器的多程放大装置”的技术方案，包括激光工作介质，其靠近泵浦源的一侧镀有反射膜，该反射膜反射所述需被放大的激光；包括反射结构，用于接收来自反射膜的激光，并将该激光按照入射方向的反方向反射回激光工作介质中，实现多次反射放大。采用上述方法可以在一定程度上解决种子光的能量提取效率问题。但是，这种结构仍然存在泵浦效率不高，泵浦光利用率低，散热效果不佳，种子光模式不能与泵浦光良好匹配等缺点，进而影响提取效率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种结构合理、能够提高泵浦效率和提高能量提取率的简单结构，可以改善散热性能，并且能够降低工艺制作难度，易于微片化的放大器结构和激光器。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种放大器结构，包括种子光源、种子光光纤准直器、泵浦光源、泵浦耦合光纤准直系统、薄片激光增益介质，薄片激光增益介质位于种子光和泵浦光光路上；其特征在于：还包括一将种子光多次反射回薄片激光增益介质的种子光多次反射结构和一将泵浦光多次反射回薄片激光增益介质的泵浦光多次反射结构，所述的薄片激光增益介质在种子光的通光面上镀有对种子光的增透膜和对泵浦光的高反膜，所述的薄片激光增益介质在泵浦光的通光面上镀有对泵浦光的增透膜和对种子光的高反膜，所述的薄片激光增益介质的两通光面光胶有导热材料。
进一步，所述的导热材料为玻璃、YAG晶体或Si片。
进一步，所述的薄片激光增益介质为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
进一步，所述的薄片激光增益介质和泵浦光多次反射结构、薄片激光增益介质和种子光多次反射结构之间插有望远镜系统或偏振控制系统，以实现更有效的放大和输出。
进一步，所述的种子光多次反射结构、泵浦光多次反射结构为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统等。
本发明还包括一种放大器结构，包括种子光源、泵浦光源、光纤准直系统、薄片激光增益介质，薄片激光增益介质位于种子光和泵浦光光路上；其特征在于：还包括一合束元件，所述的种子光源和泵浦光源射出的光源进入合束元件合束后进入光纤准直器，还包括一将种子光和泵浦光多次反射回薄片激光增益介质的多次反射结构，所述的薄片激光增益介质在后端面上镀有对种子光和泵浦光高反的双色膜，所述的薄片激光增益介质后端光胶（如深化光胶）有导热材料。
进一步，所述的导热材料为玻璃、YAG晶体或Si片。
进一步，所述的薄片激光增益介质为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
进一步，所述的合束元件为WDM膜片、棱镜或半透半反镜等。
进一步，所述的多次反射结构为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统等。
本发明还包括一种激光器，包括前腔镜、泵浦光源、光纤准直系统、双腔标准具、后腔镜，其特征在于：所述的前腔镜包括一薄片激光增益介质和一散热材料，所述的散热材料光胶（如深化光胶）于薄片激光增益介质后端，所述的薄片激光增益介质在后端面上镀有对泵浦光高反的高反膜，还包括一将泵浦光多次反射回薄片激光增益介质的多次反射结构。
进一步，所述的导热材料为玻璃、YAG晶体或Si片。
进一步，所述的薄片激光增益介质为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
进一步，所述的薄片激光增益介质和一散热材料间还插有可饱和吸收体。
进一步，所述的多次反射结构为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统等。
采用上述技术方案，本发明所述的放大器结构和激光器，采用将薄片激光增益介质置于良性导热晶体材料之上，采用对泵浦光和待放大的种子光通过多次反射实现放大的结构，增大了散热面积体积比，可以运转于高功率情况下，此外，因为泵浦光、种子光分别采用了多次反射通过增益介质，提高了泵浦效率和能量提取效率，此结构易于实现薄片微片结构应用于EDFA。
附图说明
图1是本发明实施例1超薄增益介质多次反射光放大器结构图；
图2是超薄增益介质的微片结构图；
图3是超薄增益介质微片直腔激光器结构图；
图4是本发明实施例2泵浦光种子光共路多次反射光放大器结构图；
其中，101.种子光多次反射结构、102.泵浦光多次反射结构、103.种子光光纤准直器、104.泵浦光光纤准直器、105.种子光源、106.泵浦光源、107.种子光放大输出、108. 薄片激光增益介质、109-110.导热材料、111.种子光增透膜和泵浦光高反膜、112.种子光高反膜和泵浦光增透膜、201.薄片激光增益介质、202.导热材料、203.前端面、301.薄片激光增益介质、302.后腔镜、303.双腔标准具、401.合束元件、402.准直器，403.薄片激光增益介质，404.导热材料，405.多次反射结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种放大器结构，包括种子光源105、种子光光纤准直器103、泵浦光源016、泵浦耦合光纤准直系统104、薄片激光增益介质108，薄片激光增益介质108位于种子光和泵浦光光路上；还包括一将种子光多次反射回薄片激光增益介质108的种子光多次反射结构101和一将泵浦光多次反射回薄片激光增益介质108的泵浦光多次反射结构102，所述的薄片激光增益介质108在种子光的通光面上镀有种子光增透膜和泵浦光高反膜111，所述的薄片激光增益介质在泵浦光的通光面上种子光高反膜和泵浦光增透膜112，所述的薄片激光增益介质108的两通光面至少光胶（如深化光胶）有导热材料109-110。
进一步，所述的导热材料109-110为玻璃、YAG晶体或Si片。
进一步，所述的薄片激光增益介质108为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
进一步，所述的薄片激光增益介质108和泵浦光多次反射结构102、薄片激光增益介质108和种子光多次反射结构101之间插有望远镜系统或偏振控制系统，以实现更有效的放大和输出。
进一步，所述的种子光多次反射结构101、泵浦光多次反射结构102为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统等。
具体的，泵浦光1经过泵浦光光纤准直器104后成为作用距离长、光斑质量高的准直光束，以一定的角度入射薄片激光增益介质108并对其进行增益。由于泵浦过程会产生大量的热，因此，制作薄片激光增益介质108将其通光面光胶（如深化光胶）胶合散热材料，以增大散热减小热积累，并且可以将薄片激光增益介质108抛光成不同的厚度以满足不同的调试需要。另外，为了进行多次光反射，在薄片激光增益介质108的前端面种子光增透膜和泵浦光高反膜111，在后端面镀种子光高反膜和泵浦光增透膜112。没有被吸收的泵浦光在薄片激光增益介质108的前端面反射后进入泵浦光多次反射结构102后，被来回反射多次，直到最终被薄片激光增益介质108全部吸收，如此大大提高了泵浦光的利用率。还也可以在泵浦光多次反射结构和薄片激光增益介质108之间插入望远镜系统或偏振控制系统，使透镜的聚焦位置在薄片激光增益介质108内，以进一步提高泵浦效率。种子光经过种子光光纤准直器103后成为作用距离长、光斑质量高的准直光束，以一定的角度入射薄片激光增益介质108，并在泵浦区域实现光放大，放大后的种子光由薄片激光增益介质108的后端面反射进入种子光多次反射结构101后，被来回反射多次，以尽可能多的提取泵浦能量，最后以种子光放大输出107。为了达到与泵浦光的模式匹配，同样可以在种子光多次反射结构101和薄片激光增益介质108之间插入望远镜系统或偏振控制系统，使透镜的聚焦位置在1薄片激光增益介质108内与泵浦光焦点重合。
图2中是超薄增益介质的微片结构图，其中薄片激光增益介质201是Er：glass薄片，其前端面203镀有1550nm和980nm高反膜，后端面通过光胶或者光胶（如深化光胶）导热材料202如玻璃或是Si片，以改善散热。还可以在201和202之间插入可饱和吸收体，制成被动增益微片，例如：Nd：YAG/Cr4+：YAG+YAG 、YAG+Nd：YAG/Cr4+：YAG+YAG等等结构，另外，根据泵浦光和种子光的不同作用方式，可以对此结构的微片的各通光面镀膜。
图3中是超薄增益介质微片直腔激光器结构图，其中的泵浦光作用方式与图1相同，薄片激光增益介质301的结构与图2中微片结构类似，作为激光谐振腔的前腔镜，后腔镜302采用平凹镜，腔中插入的双腔标准具303用来实现单模输出。
进一步，所述的导热材料为玻璃、YAG晶体或Si片。
进一步，所述的薄片激光增益介质为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
进一步，所述的薄片激光增益介质和一散热材料间还插有可饱和吸收体。
进一步，所述的多次反射结构为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统等。
另一种放大器结构，如图4所示，其与图1的区别是，泵浦光和种子光通过合束元件401进行和束后，共同耦合经过准直器402泵浦入薄片激光增益介质403，薄片激光增益介质403的结构与图2中微片结构类似，其端面上光胶（如深化光胶）有散热材料404，还包括一将种子光和泵浦光多次反射回薄片激光增益介质403的多次反射结构405，所述的薄片激光增益介质403在后端面上镀有对种子光和泵浦光高反的双色膜。
进一步，所述的导热材料为玻璃、YAG晶体或Si片。
进一步，所述的薄片激光增益介质为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
进一步，所述的合束元件为WDM膜片、棱镜或半透半反镜等。
进一步，所述的多次反射结构为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统等。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种放大器结构，包括种子光源、种子光光纤准直器、泵浦光源、泵浦耦合光纤准直系统、薄片激光增益介质，薄片激光增益介质位于种子光和泵浦光光路上；其特征在于：还包括一将种子光多次反射回薄片激光增益介质的种子光多次反射结构和一将泵浦光多次反射回薄片激光增益介质的泵浦光多次反射结构，所述的薄片激光增益介质在种子光的通光面上镀有对种子光的增透膜和对泵浦光的高反膜，所述的薄片激光增益介质在泵浦光的通光面上镀有对泵浦光的增透膜和对种子光的高反膜，所述的薄片激光增益介质的两通光面光胶有导热材料。
2.根据权利要求1所述的一种放大器结构，其特征在于：所述的导热材料为玻璃、YAG晶体或Si片；所述的薄片激光增益介质为Cr4+：YAG晶体、Yb：YAG晶体、Er：glass晶体、Nd：YVO4晶体或Nd:YAG晶体。
3.根据权利要求1所述的一种放大器结构，其特征在于：所述的薄片激光增益介质和泵浦光多次反射结构、薄片激光增益介质和种子光多次反射结构之间插有望远镜系统或偏振控制系统；所述的种子光多次反射结构、泵浦光多次反射结构为三角棱镜、1/4波片、全反镜和透镜系统。
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