CN104767108A - 一种谐振腔翻倍的再生放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐振腔翻倍的再生放大器，包括：箱体，其右侧板上设有入射种子光进口和出射放大光出口；光学组件，其设置在箱体内，包括光隔离器、再生谐振放大腔和45°全反镜；其中，光隔离器包括在光路上依次设置的第一偏振片、法拉第旋转器及二分之一波片；再生谐振放大腔包括第二偏振片、第一四分之一波片、第一0°全放镜、脉冲选择开关、第二0°全放镜、第三偏振片、第二四分之一波片、小孔光阑、LD泵浦激光晶体模块、第三四分之一波片、凸反镜。本发明的有益效果：提供了一种将弱的超短脉冲种子光实现再生放大，具有很高的放大倍数，并对再生放大器的谐振腔进行设计，实现了腔长的翻倍，缩短了谐振腔的几何长度，减少了激光器的体积。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种谐振腔翻倍的再生放大器。
背景技术
超短超强脉冲激光器，具有脉宽窄，峰值功率高，波长可调谐等优点，在高速通信技术、高速摄影、光存储技术、激光核聚变、超精细加工、激光测距、雷达、生物学、激光光谱学、光电取样技术、深空探测等领域具有广泛的应用，对研究超高速现象及微观世界的规律性具有极大的意义。
一般情况下由直接通过锁模技术产生稳定的超短脉冲的重复频率为百兆赫兹，单脉冲为纳焦量级，功率较低，不能直接满足需求应用。为获得超强超短激光脉冲输出，需要对超短脉冲种子光进行放大。一般采用行波放大或再生放大以及两者结合的方法对超短脉冲种子光进行放大。由于超短脉冲种子光的单脉冲能量通常在纳焦量级，第一级放大通常利用再生放大器作为增益放大级。再生放大器可以从锁模脉冲序列中选出单个激光脉冲，使其在增益介质中往返若干次。经过多次的增益放大，放大器输出的单个激光脉冲的能量可以增大106～107倍，从而可将纳焦量级脉冲放大到毫焦量级。并且再生放大器具有谐振腔结构，放大后的脉冲具有好的光束质量。再生放大器输出的激光再经过后级放大器继续放大，使能量进一步的提高。
一般的再生放大器，为了避免脉冲开关的响应时间(通常3～7ns)的影响，以及保持锁模谐振腔的同步，再生放大腔的腔长一般比较长。谐振腔过长受环境影响比较敏感，谐振腔的稳定性较差，几何尺寸比较大，不利用激光器小型化发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种谐振腔翻倍的再生放大器，不改变谐振腔的光程腔长，缩短再生腔几何腔长，减少激光器体积，使超短脉冲种子光在再生放大腔中进行再生放大。
本发明提供了一种谐振腔翻倍的再生放大器，包括：
箱体，其右侧板上设有入射种子光进口和出射放大光出口；
光学组件，其设置在所述箱体内，包括光隔离器、再生谐振放大腔和45°全反镜；
其中，所述光隔离器包括在光路上依次设置的第一偏振片、法拉第旋转器及二分之一波片；
所述再生谐振放大腔包括第二偏振片、第一四分之一波片、第一0°全放镜、脉冲选择开关、第二0°全放镜、第三偏振片、第二四分之一波片、小孔光阑、LD泵浦激光晶体模块、第三四分之一波片、凸反镜；
入射种子光经过所述入射种子光进口依次经过所述光隔离器导入所述再生谐振放大腔中，导入所述再生谐振放大腔中的入射种子光在所述再生谐振放大腔中进行谐振放大，经所述第三四分之一波片补偿其退偏，所述凸反镜补偿热透镜效应，所述小孔光阑滤掉放大光的高阶模，确保入射种子放大光的光束质量，所述第三偏振片、所述第二四分之一波片、所述凸反镜和所述第二0°全反镜实现所述入射种子光在所述再生谐振放大腔内的光程增长，经所述脉冲选择开关控制，将放大的种子光导出所述再生谐振放大腔，经所述45°全反镜全反射后由所述的出射放大光出口输出。
作为本发明进一步的改进，所述脉冲选择开关由普克盒及普克盒高压驱动组成，入射种子光在所述的再生谐振腔放大时，通过调节所述第一四分之一波片及所述普克盒所加高压的时刻及高压宽度，控制入射种子光的谐振放大次数及输出入射种子光在所述再生谐振放大腔放大的时刻。
作为本发明进一步的改进，所述第三偏振片、所述第二四分之一波片和所述凸反镜组成光程翻倍臂，所述入射种子光经所述第三偏振片反射，透过所述第二四分之一波片、所述小孔光阑、所述LD泵浦激光晶体模块和所述第三四分之一波片，经所述凸反镜反射，再次透过所述第二四分之一波片、所述小孔光阑、所述LD泵浦激光晶体模块和所述第三四分之一波片，所述第二四分之一波片改变入射种子放大光来往的偏振态，使所述入射种子放大光透过所述第三偏振片，经所述第二0°全反镜反射，再次透过所述第三偏振片，在所述第二四分之一波片、所述小孔光阑、所述LD泵浦激光晶体模块、所述第三四分之一波片和所述凸反镜再来回一次，改变偏振态，经所述第三偏振片反射。
作为本发明进一步的改进，所述入射种子光与经过所述再生谐振放大腔的再生放大光形成180°角。
作为本发明进一步的改进，所述再生谐振放大腔的腔长是相邻锁模种子光脉冲间距对应腔长的整数倍，其中，倍数为选择所述锁模种子光脉冲通过所述再生谐振放大腔后再生放大输出的个数。
作为本发明进一步的改进，所述第一偏振片、所述第二偏振片、所述第三偏振片、二分之一波片、所述第一四分之一波片、所述第二四分之一波片、所述第三四分之一波片、所述45°全反镜、所述第一0°全放镜、所述第二0°全放镜、所述LD泵浦激光晶体模块和所述凸反镜都镀有与所述入射种子光的波段一致的增透膜或高反射膜。
本发明的有益效果为：提供了一种将弱的超短脉冲种子光实现再生放大，具有很高的放大倍数，并对再生放大器的谐振腔进行设计，实现了腔长的翻倍，缩短了谐振腔的几何长度，减少了激光器的体积。
具体的：
1、使用光隔离器，实现了入射种子光与再生放大光的隔离输出，入射超短脉冲种子光透过光隔离器导入再生谐振放大腔内实现再生放大，能量急剧放大，输出的放大光脉冲经光隔离器与入射光脉冲光路隔离分开，经45°全反镜反射从出射放大光出口输出。
2、采用再生谐振放大腔，能够将微弱的超短脉冲种子光急剧的进行放大。
3、采用小孔光阑，抑制了谐振腔内放大过程中的激光高阶模的产生，确保了光束质量。
4、采用偏振片，四分之一波片，全反镜，凸反镜，实现了在偏振片到凸反镜几何长度不变的情况下，放大振荡光光程的翻倍，缩小了谐振腔的几何体积，有利于激光的稳定性的提高。
5、入射种子光在再生谐振放大腔内谐振放大一次，四次通过LD泵浦激光晶体模块，提高了放大效率，减少了放大振荡次数。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种谐振腔翻倍的再生放大器的箱体右侧板示意图；
图2为本发明实施例所述的一种谐振腔翻倍的再生放大器的箱体内部光路示意图。
图中，
1、光隔离器；2、再生谐振放大腔；3、45°全反镜；4、入射种子光进口；5、出射放大光出口；11、第一偏振片；12、法拉第旋转器；13、二分之一波片；21、第二偏振片；22、第一四分之一波片；23、脉冲选择开关；24、第一0°全放镜；25、第三偏振片；26、第二四分之一波片；27、小孔光阑；28、LD泵浦激光晶体模块；29、第三四分之一波片；210、凸反镜；211、第二0°全放镜；231、普克盒；232、普克盒高压驱动。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1-2所示，本发明实施例的一种谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于，包括：
箱体，其右侧板上设有入射种子光进口4和出射放大光出口5；
光学组件，其设置在箱体内，包括光隔离器1、再生谐振放大腔2和45°全反镜3；
其中，光隔离器1包括在光路上依次设置的第一偏振片11、法拉第旋转器12及二分之一波片13；
再生谐振放大腔2包括第二偏振片21、第一四分之一波片22、第一0°全放镜24、脉冲选择开关23、第二0°全放镜211、第三偏振片25、第二四分之一波片26、小孔光阑27、LD泵浦激光晶体模块28、第三四分之一波片29、凸反镜210。
其中，脉冲选择开关23由普克盒231及普克盒高压驱动232组成，入射种子光在再生谐振放大腔放大时，通过调节第一四分之一波片22及普克盒231所加高压的时刻及高压宽度，控制入射种子光的谐振放大次数及输出入射种子光在再生谐振放大腔2放大的时刻。
入射种子光经过入射种子光进口4依次经过光隔离器1导入再生谐振放大腔2中，导入再生谐振放大腔2中的入射种子光在再生谐振放大腔2中进行谐振放大，经第三四分之一波片29补偿其退偏，凸反镜210补偿热透镜效应，小孔光阑27滤掉放大光的高阶模，确保入射种子放大光的光束质量，第三偏振片25、第二四分之一波片26、凸反镜210和第二0°全反镜211实现入射种子光在再生谐振放大腔2内的光程增长。
第三偏振片25、第二四分之一波片26和凸反镜210组成光程翻倍臂，入射种子光经第三偏振片25反射，透过第二四分之一波片26、小孔光阑27、LD泵浦激光晶体模块28和第三四分之一波片29，经凸反镜210反射，再次透过第二四分之一波片26、小孔光阑27、LD泵浦激光晶体模块28和第三四分之一波片29，第二四分之一波片26改变入射种子放大光来往的偏振态，使入射种子放大光透过第三偏振片25，经第二0°全反镜211反射，再次透过第三偏振片25，在第二四分之一波片26、小孔光阑27、LD泵浦激光晶体模块28、第三四分之一波片29和凸反镜210再来回一次，改变偏振态，经第三偏振片25反射。
在第三偏振片25，第二四分之一波片26、小孔光阑27、LD泵浦激光晶体模块28、第三四分之一波片29和凸反镜210中，入射种子光实现了2个来回，所走光程是第三偏振片25到凸反镜210几何光程的2倍，尽量减少第三偏振片25到第二0°全反镜211、第二偏振片21和第三偏振片25之间、第二偏振片21到第一0°全反镜24的几何距离，可取谐振腔腔长为第三偏振片25到凸反镜210几何光程的2倍，实现腔长的翻倍。
入射种子光在再生谐振放大腔2谐振放大，四分之一波片偏振旋转，全反镜、凸反镜的反射，种子光在偏振片和凸反镜之间来回2次反射，增加了在偏振片和凸反镜之间的一次光程，增长了谐振腔，在一次谐振腔周期中，4次通过了LD泵浦激光晶体模块28，当放大到最大能量时，经脉冲选择开关23控制，将放大的种子光导出再生谐振放大腔2，经45°全反镜3全反射后由的出射放大光出口5输出。
入射种子光与经过再生谐振放大腔2的再生放大光形成180°角。
再生谐振放大腔2的腔长是相邻锁模种子光脉冲间距对应腔长的整数倍，其中，倍数为选择锁模种子光脉冲通过再生谐振放大腔2后再生放大输出的个数。
其中，第一偏振片11、第二偏振片21、第三偏振片25、二分之一波片13、第一四分之一波片22、第二四分之一波片26、第三四分之一波片29、45°全反镜3、第一0°全放镜24、第二0°全放镜211、LD泵浦激光晶体模块28和凸反镜210都镀有与入射种子光的波段一致的增透膜或高反射膜。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于，包括：
箱体，其右侧板上设有入射种子光进口(4)和出射放大光出口(5)；
光学组件，其设置在所述箱体内，包括光隔离器(1)、再生谐振放大腔(2)和45°全反镜(3)；
其中，所述光隔离器(1)包括在光路上依次设置的第一偏振片(11)、法拉第旋转器(12)及二分之一波片(13)；
所述再生谐振放大腔(2)包括第二偏振片(21)、第一四分之一波片(22)、第一0°全放镜(24)、脉冲选择开关(23)、第二0°全放镜(211)、第三偏振片(25)、第二四分之一波片(26)、小孔光阑(27)、LD泵浦激光晶体模块(28)、第三四分之一波片(29)、凸反镜(210)；
入射种子光经过所述入射种子光进口(4)依次经过所述光隔离器(1)导入所述再生谐振放大腔(2)中，导入所述再生谐振放大腔(2)中的入射种子光在所述再生谐振放大腔(2)中进行谐振放大，经所述第三四分之一波片(29)补偿其退偏，所述凸反镜(210)补偿热透镜效应，所述小孔光阑(27)滤掉放大光的高阶模，确保入射种子放大光的光束质量，所述第三偏振片(25)、所述第二四分之一波片(26)、所述凸反镜(210)和所述第二0°全反镜(211)实现所述入射种子光在所述再生谐振放大腔(2)内的光程增长，经所述脉冲选择开关(23)控制，将放大的种子光导出所述再生谐振放大腔(2)，经所述45°全反镜(3)全反射后由所述的出射放大光出口(5)输出。
2.根据权利要求1所述的谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于，所述脉冲选择开关(23)由普克盒(231)及普克盒高压驱动(232)组成，入射种子光在所述的再生谐振放大腔(2)放大时，通过调节所述第一四分之一波片(22)及所述普克盒(231)所加高压的时刻及高压宽度，控制入射种子光的谐振放大次数及输出入射种子光在所述再生谐振放大腔(2)放大的时刻。
3.根据权利要求1所述的谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于，所述第三偏振片(25)、所述第二四分之一波片(26)和所述凸反镜(210)组成光程翻倍臂，所述入射种子光经所述第三偏振片(25)反射，透过所述第二四分之一波片(26)、所述小孔光阑(27)、所述LD泵浦激光晶体模块(28)和所述第三四分之一波片(29)，经所述凸反镜(210)反射，再次透过所述第二四分之一波片(26)、所述小孔光阑(27)、所述LD泵浦激光晶体模块(28)和所述第三四分之一波片(29)，所述第二四分之一波片(26)改变入射种子放大光来往的偏振态，使所述入射种子放大光透过所述第三偏振片(25)，经所述第二0°全反镜(211)反射，再次透过所述第三偏振片(25)，在所述第二四分之一波片(26)、所述小孔光阑(27)、所述LD泵浦激光晶体模块(28)、所述第三四分之一波片(29)和所述凸反镜(210)再来回一次，改变偏振态，经所述第三偏振片(25)反射。
4.根据权利要求1所述的谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于：所述入射种子光与经过所述再生谐振放大腔(2)的再生放大光形成180°角。
5.根据权利要求1所述的谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于：所述再生谐振放大腔(2)的腔长是相邻锁模种子光脉冲间距对应腔长的整数倍，其中，倍数为选择所述锁模种子光脉冲通过所述再生谐振放大腔(2)后再生放大输出的个数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的谐振腔翻倍的再生放大器，其特征在于，所述第一偏振片(11)、所述第二偏振片(21)、所述第三偏振片(25)、二分之一波片(13)、所述第一四分之一波片(22)、所述第二四分之一波片(26)、所述第三四分之一波片(29)、所述45°全反镜(3)、所述第一0°全放镜(24)、所述第二0°全放镜(211)、所述LD泵浦激光晶体模块(28)和所述凸反镜(210)都镀有与所述入射种子光的波段一致的增透膜或高反射膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Gang Inventor after: Long Mingliang Inventor after: Chen Meng Inventor before: Chen Meng Inventor before: Long Mingliang Inventor before: Li Gang |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHEN MENG LONG MINGLIANG LI GANG TO: LI GANG LONG MINGLIANG CHEN MENG |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230927 Address after: 100044 109, building 7, No. 28, gaoliangqiaoxie street, Haidian District, Beijing Patentee after: BEIJING YINGKE TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 100124 No. 100 Chaoyang District Ping Tian Park, Beijing Patentee before: Beijing University of Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right |