CN104253373B - 钛宝石激光放大器 - Google Patents

Abstract

一种钛宝石激光放大器，包括泵浦激光器、钛宝石晶体、多通放大器、激光种子源、同步延时器，特点是：在泵浦激光器的输出光路中加入泵浦光的半波片，在所述的钛宝石晶体的透射光路中依次加入泵浦光的四分之一波片和泵浦光反射镜。本发明不仅可以有效降低钛宝石晶体的横向增益，从而很好地抑制了钛宝石的寄生振荡，而且可以提高钛宝石晶体对泵浦光的吸收率，提高了种子光的放大效率。本发明具有调节方便、简单高效，实用性强的特点。

Description

钛宝石激光放大器

技术领域

本发明涉及钛宝石激光放大器，特别是一种改变泵浦光偏振抑制钛宝石激光放大器寄生振荡的钛宝石激光放大器。

背景技术

1985年，啁啾脉冲放大(CPA)技术的发明为获得拍瓦(PW)量级的激光脉冲输出提供了可能性；在过去的几十年里，基于钛宝石的CPA技术得到了空前的发展。目前，基于钛宝石CPA技术的激光装置已经达到了2.0PW的激光输出。然而，对于输出能量达到几十焦耳的拍瓦激光来说，CPA的终端放大器必须利用大口径的钛宝石晶体。由于钛宝石的横向尺寸远大于纵向尺寸，因此，在高能泵浦下，钛宝石的横向增益远大于纵向增益，当表面的横向增益达到一定阈值，钛宝石晶体的周边就会发生强烈的横向寄生振荡，消耗大量反转粒子数，进而影响种子光的放大。横向寄生振荡严重制约着高能CPA技术的进一步发展；因此，如何抑制大口径钛宝石放大器的横向寄生振荡一直是研究高性能的拍瓦激光的重点之一。

目前，抑制寄生振荡的主要方法是

(1)采用折射率接近钛宝石折射率(n＝1.76)的匹配液进行包边来降低钛宝石周边Fresnel反射率，从而提高横向寄生振荡的阈值，该技术比较好地抑制了钛宝石的寄生振荡。然而，由于匹配液的折射率有限，且随波长变化，因此，在高能量泵浦，大口径钛宝石系统中，该方法受到了限制。

(2)采用双端泵浦钛宝石的方式，降低泵浦密度，从而减小钛宝石的横向增益，这个方法并不能主动抑制寄生振荡，抑制能力有限。

(3)降低钛宝石晶体的吸收系数，钛宝石晶体的横向增益与钛宝石的吸收系数有很大关系，降低钛宝石晶体的吸收系数可以有效降低钛宝石的横向增益。

传统的钛宝石激光放大器包括527nm泵浦激光器、钛宝石晶体、多通放大器、800nm激光种子源、同步延时器，如图1所示。同步延时器先触发527nm泵浦激光器产生泵浦脉冲泵浦多通放大器中的钛宝石晶体，经过延时Δt延时后触发800nm激光种子源产生800nm种子光注入至多通放大器中进行放大，降低多通放大器中钛宝石晶体的吸收系数的方法是采用掺杂浓度低(NT)，厚的钛宝石晶体，该方法需要的费用很高，且通用性差，不能实现吸收系数的连续可调，并且厚的钛宝石晶体会增加材料色散，增加种子脉冲的压缩难度。

钛宝石晶体的吸收系数a＝NT*σ(NT是钛宝石的掺杂浓度，σ是钛宝石晶体的吸收截面)，而钛宝石晶体是一个单轴非线性晶体，钛宝石晶体的吸收截面σ与泵浦光的偏振有很大关系。当泵浦光的偏振平行于钛宝石晶轴时(π偏振)，钛宝石晶体的吸收截面最大。当泵浦光的偏振垂直于钛宝石晶轴时(σ偏振)，钛宝石对泵浦光的吸收截面最小，如图2所示。因此，通过改变泵浦光的偏振可以大大降钛宝石晶体的横向增益，如图3所示。该钛宝石激光放大器可以实现钛宝石晶体的吸收系数连续可调，并且方便简单，几乎不需要其他任何费用。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有降低钛宝石晶体吸收系数方法的局限性，提供一种钛宝石激光放大器，该放大器不仅可以有效降低钛宝石晶体的表面横向增益，从而能很好地抑制了钛宝石的寄生振荡，提高钛宝石晶体对泵浦光的吸收率，提高种子光的放大效率。该装置不仅操作简单、科学有效，而且实用性强。

本发明的技术解决方案如下：

一种钛宝石激光放大器，该放大器包括：泵浦激光器、钛宝石晶体、多通放大器、激光种子源、同步延时器，所述的同步延时器先触发所述的泵浦激光器产生泵浦脉冲泵浦所述的多通放大器中所述的钛宝石晶体，经过延时Δt延时后触发所述的激光种子源产生种子光注入至所述的多通放大器中进行放大，其特征在于：

在所述的泵浦激光器的输出光路中加入泵浦光的半波片，在所述的钛宝石晶体的透射光路中依次加入泵浦光的四分之一波片和泵浦光反射镜。

所述的泵浦激光器输出的泵浦光的波长可以被所述的钛宝石晶体有效吸收。

所述的激光种子源输出的种子光的波长可以被所述的钛宝石晶体有效放大。

所述的泵浦光的半波片和四分之一波片具有旋转调节机构。

与先技术相比，本发明具有以下显著的特点：

1、本发明在所述的泵浦激光器的输出光路中加入泵浦光的半波片，通过改变泵浦光的偏振来等效降低钛宝石的吸收系数的方法，且可实现连续可调，不需要更换钛宝石晶体，十分经济，简单有效；

2、在所述的钛宝石晶体的透射光路中依次加入泵浦光的四分之一波片和泵浦光反射镜，可以充分利用透射的泵浦光，增加钛宝石晶体对泵浦光的吸收率，从而提高种子光的放大效率；

附图说明

图1是传统钛宝石激光放大器的简易光路图。

图2是钛宝石晶体对泵浦光偏振的选择吸收特性。

图3是泵浦光偏振分别是σ偏振和π偏振时，钛宝石晶体内的横向增益分布。

图4是本发明钛宝石激光放大器的光路图。

具体实施方式

请先参阅图4，图4是本发明钛宝石激光放大器的光路图，由图可见，本发明钛宝石激光放大器采用装置包括：泵浦激光器1、钛宝石晶体2、多通放大器3、激光种子源4、同步延时器5，所述的同步延时器5先触发所述的泵浦激光器1产生泵浦脉冲泵浦所述的多通放大器3中所述的钛宝石晶体2，经过延时Δt延时后触发所述的激光种子源4产生种子光注入至所述的多通放大器3中进行放大，

在所述的泵浦激光器1的输出光路中加入泵浦光的半波片6，在所述的钛宝石晶体2的透射光路中依次加入泵浦光的四分之一波片7和泵浦光反射镜8。

实验表明，本发明不仅可以有效降低钛宝石晶体的表面横向增益，从而能很好地抑制了钛宝石的寄生振荡，提高钛宝石晶体对泵浦光的吸收率，提高种子光的放大效率。该装置不仅操作简单、科学有效，而且实用性强。

Claims (4)

1.一种钛宝石激光放大器，该放大器包括：泵浦激光器(1)、钛宝石晶体(2)、多通放大器(3)、激光种子源(4)、同步延时器(5)，所述的同步延时器(5)先触发所述的泵浦激光器(1)产生泵浦脉冲泵浦所述的多通放大器(3)中所述的钛宝石晶体(2)，经过延时Δt后触发所述的激光种子源(4)产生种子光注入至所述的多通放大器(3)中进行放大，其特征在于：

在所述的泵浦激光器(1)的输出光路中加入泵浦光的半波片(6)，在所述的钛宝石晶体(2)的透射光路中依次加入泵浦光的四分之一波片(7)和泵浦光反射镜(8)。

2.根据权利要求1所述的钛宝石激光放大器，其特征在于所述的泵浦激光器(1)输出的泵浦光的波长被所述的钛宝石晶体(2)有效吸收。

3.根据权利要求1所述的钛宝石激光放大器，其特征在于所述的激光种子源(4)输出的种子光的波长被所述的钛宝石晶体(2)有效放大。

4.根据权利要求1所述的钛宝石激光放大器，其特征在于所述的泵浦光的半波片和四分之一波片具有旋转调节机构。