CN104600554B - 宽带高效激光放大装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于超短脉冲激光的宽带高效激光放大装置，该装置包括第一光栅、第二光栅、板条增益介质、激光二极管阵列、直角折返镜、全反镜，其特点是利用光栅对或棱镜对等色散装置将脉冲激光进行空间展宽后，再经由板条形激光放大装置或光参量放大装置对脉冲激光进行放大。本发明可将超短脉冲激光在时间和空间上同时进行展宽后再进行放大。本发明具有冷却效果好、放大效率高、增益带宽宽和对比度较高等优点。

Description

宽带高效激光放大装置

技术领域

本发明涉及激光放大装置，特别是一种适用于超短脉冲激光的宽带高效激光放大装置。

背景技术

随着超强超短激光技术的发展，飞秒激光的放大技术早已成为本领域的研究热点之一。目前，高功率飞秒激光被广泛应用于激光与物质相互作用、激光微加工、激光医疗等研究领域，为这些领域的发展提供了重要的技术手段。然而，如何提高放大后的光束质量则成为飞秒激光放大技术的难题之一。

目前，可适用于皮秒乃至飞秒的超短脉冲激光放大装置主要是CPA装置(即啁啾脉冲放大装置)和OPCPA装置(即光参量啁啾脉冲放大装置)。如图1所示，其主要原理是将超短脉冲在时间上展宽后再经由激光放大装置进行激光放大，然后经压缩器压缩至超短脉冲，从而提高超短脉冲的放大效率(参见P.MAINE etc.，Generation of Ultrahigh PeakPower Pulses by Chirped Pulse Amplification,IEEE journal of quantumelectronics,24,398-403,(1988))，但是这两种装置在传统意义上存在着增益带宽较窄、放大效率较低、对比度难以进一步提高等缺点。这些缺点限制了飞秒激光技术在相关领域的应用。

板条激光放大装置由于其良好的热导性能，成为大功率激光装置的选择之一。其工作原理是利用板条激光增益介质的大尺寸，使得信号光多次经由增益介质进行放大(参见Hua Lin,Jinfeng Li,and Xiaoyan Liang,105 W,<10 ps,TEM00 laser output basedon an in-band pumped Nd:YVO4Innoslab amplifier,Opt.Lett.37,2634(2012))，但是，这种非稳腔的设计增大了放大腔的像差，影响了输出光斑的质量。

发明内容

本发明致力于对以上缺点的改善，提供一种适用于超短脉冲激光的宽带高效激光放大装置。该装置可将超短脉冲激光在时间和空间上同时进行展宽后再进行放大。本发明具有冷却效果好、放大效率高、增益带宽宽和对比度较高等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种适用于超短脉冲激光的宽带高效激光放大装置，该装置包括该装置包括展宽器、压缩器和放大器，其特点在于，所述的压缩器由第一光栅、第二光栅和直角折返镜构成，所述的放大器由板条增益介质和泵浦源构成，上述元部件的位置关系如下：待放大的短脉冲激光经展宽器展宽为长脉冲激光、经第一光栅的上部衍射和第二光栅上部衍射、经所述的板条增益介质放大后，经直角折返镜折返、再经所述的第二光栅的下部衍射、第一光栅的下部衍射，输出放大的短脉冲激光，所述的第一光栅和第二光栅相互平行，所述的长条形光束与板条增益介质的宽度相匹配。

所述的板条增益介质是由掺钕钇铝石榴石、钕玻璃、钛宝石、掺铬硒化锌、掺铬硫化锌、掺铥氟化锂钇、掺铥铝酸钇、硼酸钡、三硼酸锂、磷酸氧钛钾、或三硼酸氧钙钇制成的。

所述的泵浦源的泵浦方式为端面泵浦或侧面泵浦。

本发明的优点在于：

1、本发明将超短脉冲在时间及空间上同时展宽后放大，从而将超短脉冲放大能力进一步提高。

2、本发明将放大装置与压缩装置合为一体，节省系统空间，具有结构简单、紧凑的特点。

3、本发明通过不同波长光学路径不同，过滤掉部分自发辐射产生的非可用波段的光，从而提高了放大后光束的对比度。

4、本发明克服了典型CPA装置增益带宽窄、冷却效果较差等缺点。在本发明通过调整不同部位泵浦光的强度将光谱调整为平顶形。

5、本发明通过调整不同晶体位置不同相位匹配角，将OPCPA装置的放大光谱进一步展宽。

附图说明

图1是现有的传统CPA装置以及板条激光放大装置示意图。

图2是本发明宽带高效放大装置实施例1结构示意图。

图3是本发明宽带高效放大装置实施例2结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与实例对本发明进行进一步说明，但不能以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图2，图2是本发明宽带高效放大装置实施例1结构示意图。由图可见，本发明宽带高效激光放大装置包括展宽器2、第一光栅4、第二光栅5、板条增益介质6、用于泵浦的激光二极管阵列7以及直角折返镜8。

光路走向及上述元件的相对位置如下：待放大的小功率超短脉冲激光1首先经由展宽器2展宽后得到啁啾脉冲激光3，再经由第一光栅4的上部衍射、第二光栅5的上部衍射，得到波长线性变化的长条形光束，然后经由二极管阵列7泵浦的板条增益介质6进行放大，之后通过直角折返镜8折返后，不同波长的激光沿着纵向平移后的原路径返回，再经由第二光栅5的下部衍射和第一光栅4的下部衍射进行空间上的压缩后，得到与输入脉冲在空间上纵向平移的放大后的短脉冲激光9。所述的第一光栅4和第二光栅5平行。

本实例采用光纤激光器产生的中心波长为1053nm、能量为百微焦量级、脉宽为皮秒量级的激光作为短脉冲激光1，经过展宽器2后得到时间上展宽的啁啾脉冲激光3，然后经过第一光栅4、第二光栅5得到光谱线性变化的长条形光束，入射到板条形的钕玻璃晶体6中，泵浦光7采用中心波长为808nm的二极管阵列，将种子光放大至毫焦量级。调整第一光栅4、第二光栅5之间的距离，将其压缩至皮秒量级，得到放大后的短脉冲输出。经计算，该方法相比于传统的啁啾脉冲放大技术，可将放大增益提高约65.4％。

再请参阅图3，图3是本发明宽带高效放大装置实施例2结构示意图。由图可见，本发明适用于OPCPA的宽带高效激光放大装置，包括第一光栅4、第二光栅5、板条增益介质6、用于泵浦的激光二极管阵列7、直角折返镜8、第一双色镜10、第二双色镜11。

本实例采用中心波长为800nm的高重复频率宽带飞秒激光、脉宽约为35fs、能量为微焦量级的激光作为待放大的短脉冲激光1，经过所述的展宽器2后得到时间上展宽的啁啾脉冲激光3，然后经过第一光栅4的上部衍射、第二光栅5的上部衍射得到光谱线性变化的长条形光束，泵浦光采用与此长条形光束光斑大小相匹配的中心波长为532nm的激光束，经镀有对532nm高反、800nm高透膜的第一双色镜10耦合入射到板条形的BBO晶体6中，剩余泵浦光由第二双色镜11耦合输出，所述的第一双色镜与第二双色镜有相同的镀膜条件。通过此装置，可将短脉冲激光1放大至毫焦量级，调整光栅对之间的距离，可将其压缩至约为35fs，得到了放大后的短脉冲激光9。

由以上两个实例表明，本发明可实现高光束质量、高单程效率、超短脉冲激光输出，而且结构紧凑、简单、实用性高。

Claims (3)

1.一种适用于超短脉冲激光的宽带高效激光放大装置，该装置包括展宽器(2)、压缩器和放大器，其特征在于，所述的压缩器由第一光栅(4)、第二光栅(5)和直角折返镜(8)构成，所述的放大器由板条增益介质(6)和泵浦源(7)构成，上述元部件的位置关系如下：

待放大的短脉冲激光(1)经所述的展宽器(2)展宽为长脉冲激光(3)、经第一光栅(4)的上部衍射、第二光栅(5)的上部衍射形成的长条形光束经所述的板条增益介质(6)放大后，经所述的直角折返镜(8)折返，再经所述的第二光栅(5)的下部衍射、第一光栅(4)的下部衍射，输出放大的短脉冲激光(9)，所述的第一光栅(4)和第二光栅(5)相互平行，所述的长条形光束与所述的板条增益介质(6)宽度相匹配。

2.根据权利要求1所述的宽带高效激光放大装置，其特征在于所述的板条增益介质(6)是由掺钕钇铝石榴石、钕玻璃、钛宝石、掺铬硒化锌、掺铬硫化锌、掺铥氟化锂钇、掺铥铝酸钇、硼酸钡、三硼酸锂、磷酸氧钛钾或三硼酸氧钙钇制成的。

3.根据权利要求1所述的宽带高效激光放大装置，其特征在于所述的泵浦源(7)的泵浦方式为端面泵浦或侧面泵浦。