CN107465071A - 光纤‑固体混合放大激光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤‑固体混合放大激光系统，包括：光路上依次连接的皮秒光纤激光器、光纤隔离器、第一半波片、光隔离器、第一偏振分光棱镜、第一耦合透镜、LD双端面泵浦的固体激光放大器；还包括将LD双端面泵浦的固体激光放大器输出的放大激光耦合到LD侧面泵浦的固体激光放大器的第二耦合透镜、LD侧面泵浦的固体激光放大器。该系统能够发射65MW高峰值功率、光束质量因子M2＝1.30的激光，满足激光频率变换、微加工、激光打标等领域的广泛应用。

Description

光纤-固体混合放大激光系统
技术领域
本发明属于激光领域，具体涉及一种光纤-固体混合放大激光系统。
背景技术
高峰值功率、高光束质量的超短脉冲激光在激光频率变换、微加工、激光打标等领域有着广泛的应用。
目前国内激光加工行业常用激光光源的峰值功率大约在几十千瓦到几百千瓦量级，进一步提高光源的峰值功率成为一个科研难点。光纤激光器的优点在于光束质量好，并且通过锁模技术可以获得很窄的脉冲宽度，缺点在于提高峰值功率时光纤极易损坏。固体激光器可以承受非常高的峰值功率，但是固体激光器输出的脉冲宽度一般为十几到几十纳秒，直接获得亚纳秒甚至皮秒脉冲比较复杂，很难通过缩短脉冲宽度来提高激光脉冲。
结合上述两种激光器优势的光纤和固体混合的激光放大器，可以通过对光束质量的有效控制获得高功率高光束质量的激光放大系统。但是，采用光纤激光器作为种子源，利用Nd:YVO4晶体固体放大器作为放大级的激光系统，其峰值功率很难达到10MW量级。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种光纤-固体混合放大激光系统，该系统能够发射65MW高峰值功率、光束质量因子M2＝1.30的激光，满足激光频率变换、微加工、激光打标等领域的广泛应用。
本发明的技术方案为：
一种光纤-固体混合放大激光系统，包括：
皮秒光纤激光器，产生种子光；
光纤隔离器，限制所述种子光沿光向传播，并隔离经光纤回波反射的光；
第一半波片，将所述光纤隔离器出射的种子光的偏振态旋转预定夹角，调节种子光的功率，以实现对不同种子光功率增益的研究；
第一偏振分光棱镜，透射所述第一半波片出射的种子光中的P偏振光；
第一耦合透镜，将来自于所述第一偏振分光棱镜的P偏振光耦合到LD双端面泵浦的固体激光放大器；
LD双端面泵浦的固体激光放大器，对接收的P偏振光进行双通放大，射出放大激光；
光隔离器，设置于所述第一半波片与第一偏振分光棱镜之间，用于隔离依次经所述第一耦合透镜、第一偏振分光棱镜原路返回的放大激光中的P偏振光，并将该P偏振光改变成S偏正光后全部反射至第二耦合透镜，防止放大激光中的P偏振光对所述种子光造成损伤；
第二耦合透镜，将来自于所述光隔离器的S偏振光耦合到LD侧面泵浦的固体激光放大器；
LD侧面泵浦的固体激光放大器，对接收的S偏振光进行双通放大，射出最终放大激光。
作为优选，所述第一偏振分光棱镜与所述第一耦合透镜之间还设有若干个调节光路的反射镜。
作为优选，所述第一耦合透镜与所述LD双端面泵浦的固体激光放大器之间还设有若干个调节光路的反射镜。
作为优选，所述光隔离器与所述第二耦合透镜之间设有若干个调节光路的反射镜。
作为优选，所述第二耦合透镜与所述LD侧面泵浦的固体激光放大器之间的光路上依次设有第三半波片、反射镜以及薄膜偏振片；所述第三半波片与所述薄膜偏振片用于调节S偏振光的偏振态，所述反射镜用于调节光路。
作为优选，所述皮秒光纤激光器可以采用中心谱线在1064nm附近可调、脉宽范围为5到15ps、重复频率在10kHz到50MHz范围内可调、输出平均功率从0.1mW到100mW的光纤激光器。进一步优选，所述皮秒光纤激光器采用立陶宛EKSPLA公司的LightWire FP200fiberlaser激光器，该皮秒光纤激光器的中心波长为1064nm，并且可以在正负0.35范围内连续可调，单模保偏光纤耦合输出，光束质量因子M2<1.1，脉宽为8.5ps，重复频率在30kHz到30MHz范围内可调，重复频率为50kHz时，输出的平均功率为10.9mW；重复频率为30MHz时，输出的平均功率为255mW。
作为优选，所述光纤隔离器为偏振相关型光纤隔离器。
作为优选，所述光隔离器包括依次连接的第二偏振分光棱镜、法拉第旋光器、以及第二半波片；所述第二偏振分光棱镜连接第一半波片，所述第二半波片连接第一偏振分光棱镜；所述第二半波片将第一偏振分光棱镜射出的放大激光中的P偏振光的偏振态旋转一定的角度；所述法拉第旋光器将所述第二半波片输出的线偏振光的偏正态旋转一定的角度，输出S偏振光；所述第二偏振分光棱镜将所述法拉第旋光器输出的S偏振光反射至第二耦合透镜。
作为优选，所述LD双端面泵浦的固体激光放大器包括：光轴上依次连接的第一LD阵列、第一耦合透镜组、第一双色耦合镜、固体激光介质、第二双色耦合镜、第二耦合透镜组、第二LD阵列，且所述第一耦合透镜组与所述第二耦合透镜组以所述固体激光介质为中心成对称分布；所述第一LD阵列与所述第二LD阵列用于产生泵浦光；所述第一耦合透镜组用于将所述第一LD阵列产生的泵浦光耦合到所述固体激光介质以激励固体激光介质对偏振光进行放大；所述第一双色耦合镜用于反射接收的P偏振光至所述固体激光介质，或反射双通放大激光至原光路；所述第二双色耦合镜用于反射放大激光至所述固体激光介质；所述第二耦合透镜组用于将所述第二LD阵列产生的泵浦光耦合到所述固体激光介质以激励固体激光介质对接收的放大激光进行再次放大，输出双通放大激光。
作为优选，所述第一LD阵列与所述第二LD阵列相同，可以为西安炬光科技股份有限公司的FL-S50-808FocusPumpTM半导体泵浦源和德国DILAS公司的M1F4S22-808.3-50C-SS2.1型号的LD泵浦源。进一步优选，第一LD阵列与所述第二LD阵列均为德国DILAS公司生产的高功率光纤耦合输出的半导体激光器，光纤端面直径为400μm，数值孔径N.A.＝0.22，标称最高输出功率为50W，输出激光的中心波长为808nm。
作为优选，所述第一耦合透镜组与所述第二耦合透镜组相同，均包括焦距不同的两个透镜，两个透镜的表面均设有对泵浦光和放大激光具有高透射率的介质膜，以减少泵浦光和放大激光在放大过程中损耗。
进一步优选，所述第一耦合透镜组与所述第二耦合透镜组均包括焦距分别为20mm和40mm的两个透镜。且两个透镜的表面均设有对808nm泵浦光和1064nm放大激光具有高透射率的介质膜，以减少泵浦光和放大激光在放大过程中损耗。
作为优选，所述第一耦合透镜组到所述固体激光介质的距离为50～500mm。
作为优选，所述第一双色耦合镜与所述第二双色耦合镜相同，均是面向固体激光介质的一面镀了对泵浦光高透过率，且对放大激光高反射率的双色介质膜，另一面镀了对泵浦光高透过率的介质膜，这样可以使得泵浦光在放大过程中损耗很小，同时也减小放大激光在放大过程中的损耗。
进一步优选，所述第一双色耦合镜与所述第二双色耦合镜均是面向固体激光介质的一面镀了对808nm波长高透过率、对1064nm波长高反射率的双色介质膜，另一面镀了对808nm波长高透过率的介质膜，且两双色耦合镜的直径均为25mm，厚度均为2mm。
作为优选，所述固体激光介质为双端键合的Nd:YVO4复合晶体。所述双端键合的Nd:YVO4复合晶体为：掺杂Nd:YVO4尺寸为3×3×16mm3，Nd3+掺杂浓度为0.3at％，掺杂Nd:YVO4的两端键合了厚度为2mm的不掺杂YVO4晶体，在不掺杂YVO4晶体的两个端面都镀上同时对808nm波长和1064nm波长具有高透过率的介质膜。
作为优选，本发明放大激光系统还包括位于所述第二双色耦合镜反射后光束交点处的第一0°反射镜，用于反射全部放大激光，使光束原路返回至所述固体激光介质再次放大。
作为优选，所述第一耦合透镜的焦距f为300～500mm，且设于距离所述固体激光介质2f处。
作为优选，所述LD侧面泵浦的固体激光放大器包括：光轴上依次连接的第一侧面泵浦模块、石英旋光器、4f成像系统、第二侧面泵浦模块、四分之一波片。
作为优选，所述第一侧面泵浦模块与所述第二侧面泵浦模块相同，所述第一侧面泵浦模块与所述第二侧面泵浦模块均为Nd:YAG泵浦模块。进一步地，所述Nd:YAG泵浦模块为北京吉泰基业科技有限公司的GTPC-75，采用三个激光二极管bar条泵浦，每个bar条各自呈120°分布在圆棒状Nd:YAG的侧面，所使用的Nd:YAG晶体为直径φ＝3mm，长度d＝65mm的圆柱形晶体，晶体的光轴采用[111]晶向，掺杂浓度0.9±0.1at％，短腔输出功率为75W。
作为优选，所述4f成像系统由两个焦距相同的透镜组成，且两个透镜之间的距离为2f。进一步地，所述4f成像系统由两个焦距f＝60mm的透镜组成。
所述4f成像系统与所述石英旋光器用来补偿Nd:YAG晶体的热致双折射效应。
作为优选，本发明放大激光系统还包括位于所述四分之一波片出射后光束交点处的第二0°反射镜，用于反射全部放大激光，使光束原路返回至所述LD侧面泵浦的固体激光放大器再次放大。
本发明光纤-固体混合放大激光系统的放大过程为：
(1)所述皮秒光纤激光器发射种子光，该种子光依次经所述光纤隔离器、所述第一半波片、光隔离器以及所述第一偏振分光棱镜透射后得到的P偏振光再经所述第一耦合透镜耦合到所述LD双端面泵浦的固体激光放大器；
(2)所述LD双端面泵浦的固体激光放大器对接收的P偏振光进行双通放大后射出放大激光，该放大激光依次经所述第一耦合透镜、第一偏振分光棱镜透射后再经所述光隔离器反射至所述第二耦合透镜；
(3)所述第二耦合透镜将来自于所述光隔离器的S偏振光耦合到所述LD侧面泵浦的固体激光放大器，所述LD双端面泵浦的固体激光放大器对接收的S偏振光进行双通放大后射出最终放大激光。
目前为止，国内外的光纤-固体混合放大激光系统，基本是是以单种晶体Nd:YVO4复合晶体作为固体放大级的激光晶体，而Nd:YVO4晶体很难承受很高的峰值功率，其峰值功率最高只有几个兆瓦。本发明填补了峰值功率在65MW，同时又具有高光束质量激光输出。
相比于现有技术，本发明具有的优点为：
本发明中LD双端面泵浦的固体激光放大器与LD双端面泵浦的固体激光放大器均利用球差补偿原理设计的双通放大结构，这样可以很好得控制住光束质量。此外，本发明中采用LD双端面泵浦的固体激光放大器与D双端面泵浦的固体激光放大器两级固体混合放大的方法，可以得到数十兆瓦的激光输出。因此，本发明混合式放大方式可以将种子光放大到较高的峰值功率，且能控制住光束质量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光纤-固体混合放大激光系统的示意图；
图2是本实施例提供的光纤-固体混合放大激光系统输出放大激光的光束质量因子M2和远场光斑图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
图1所示的是本发明实施例提供的光纤-固体混合放大激光系统的示意图。如图1所示，本发明实施例提供的光纤-固体混合放大激光系统包括：皮秒光纤激光器1、光纤隔离器2、第一半波片3、第二偏振分光棱镜4、法拉第旋光器5、第二半波片6、第一偏振分光棱镜7、45°反射镜8、45°反射镜9、第一耦合透镜10、45°反射镜11、LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12、第一0°反射镜13、45°反射镜14、45°反射镜15、第二耦合透镜16、第三半波片17、45°反射镜18、薄膜偏振片19、LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20、第二0°反射镜21。
皮秒光纤激光器1采用立陶宛EKSPLA公司的LightWire FP200fiber laser激光器，该皮秒光纤激光器1的中心波长为1064nm，并且可以在正负0.35范围内连续可调，单模保偏光纤耦合输出，光束质量因子M2<1.1，脉宽为8.5ps，重复频率在30kHz到30MHz范围内可调，重复频率为50kHz时，输出的平均功率为10.9mW；重复频率为30MHz时，输出的平均功率为255mW。
光纤隔离器2为偏振相关型光纤隔离器，用于限制所述种子光沿光向传播，并隔离经光纤回波反射的光。
第一半波片3主要用于调节种子光的功率，以实现对不同种子光功率增益的研究。
第二偏振分光棱镜4、法拉第旋光器5、第二半波片6三者形成光隔离器，用于隔离依次经第一耦合透镜10、第一偏振分光棱镜7原路返回的放大激光中的P偏振光，并将该P偏振光改变成S偏正光后经45°反射镜14、45°反射镜15全部反射至第二耦合透镜16，防止放大激光中的P偏振光对所述种子光造成损伤。
具体地，第二半波片6将第一偏振分光棱镜7射出的放大激光中的P偏振光的偏振态旋转一定的角度；法拉第旋光器5将第二半波片6输出的线偏振光的偏正态旋转一定的角度，输出S偏振光；第二偏振分光棱镜4将法拉第旋光器5输出的S偏振光经45°反射镜14、45°反射镜15全部反射至第二耦合透镜16。
第一偏振分光棱镜7，透射经第二偏振分光棱镜4、法拉第旋光器5、第二半波片6出射的种子光中的P偏振光，该P偏振光经45°反射镜8、45°反射镜9反射至第一耦合透镜10，
第一耦合透镜10，将来自于45°反射镜9反射的P偏振光经45°反射镜11耦合到LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12。
LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12包括：光轴上依次连接的第一LD阵列12.1、第一耦合透镜组12.2、第一双色耦合镜12.3、固体激光介质12.4、第二双色耦合镜12.5、第二耦合透镜组12.6、第二LD阵列12.7，且所述第一耦合透镜组12.2与所述第二耦合透镜组12.6以固体激光介质12.4为中心成对称分布，且第一耦合透镜组12.2到固体激光介质12.4的距离为50～500mm之间。
第一LD阵列12.1与所述第二LD阵列12.7均为德国DILAS公司生产的高功率光纤耦合输出的半导体激光器，光纤端面直径为400μm，数值孔径N.A.＝0.22，标称最高输出功率为50W，输出激光的中心波长为808nm。
第一耦合透镜组12.2与第一耦合透镜组12.6均包括焦距分别为20mm和40mm的两个透镜。且两个透镜的表面均设有对808nm泵浦光和1064nm放大激光具有高透射率的介质膜，以减少808nm泵浦光和1064nm放大激光在放大过程中损耗。第一耦合透镜组12.2用于将第一LD阵列12.1产生的808nm泵浦光耦合到固体激光介质12.4以激励固体激光介质12.4对接收的P偏振光进行放大；第一耦合透镜组12.6用于将第二LD阵列12.7产生的808nm泵浦光耦合到固体激光介质12.4以激励固体激光介质12.4对1064nm放大激光进行再次放大，输出1064nm双通放大激光。
第一双色耦合镜12.3与第二双色耦合镜12.5均是面向固体激光介质12.4的一面镀了对808nm波长高透过率、对1064nm波长高反射率的双色介质膜，另一面镀了对808nm波长高透过率的介质膜，且两双色耦合镜的直径均为25mm，厚度均为2mm。第一双色耦合镜12.3用于反射接收的P偏振光至固体激光介质12.4，或反射双通1064nm放大激光至原光路。
固体激光介质12.4为双端键合的Nd:YVO4复合晶体。该双端键合的Nd:YVO4复合晶体为：掺杂Nd:YVO4尺寸为3×3×16mm3，Nd3+掺杂浓度为0.3at％，掺杂Nd:YVO4的两端键合了厚度为2mm的不掺杂YVO4晶体，在不掺杂YVO4晶体的两个端面都镀上同时对808nm波长和1064nm波长具有高透过率的介质膜。
第一0°反射镜13位于所述第二双色耦合镜反射后光束交点处，用于反射全部1064nm放大激光，使光束原路返回至固体激光介质12.4再次放大。
第一耦合透镜10的焦距f为300～500mm，且设于距离所述固体激光介质2f处。
第二耦合透镜16的焦距f为400-750mm。用于将来自于45°反射镜15的S偏振光经第三半波片17、45°反射镜18、薄膜偏振片19耦合到LD侧面泵浦的固体激光放大器20。
LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20包括：光路上依次连接的第一侧面泵浦Nd:YAG模块20.1、石英旋光器20.2、4f成像系统20.3、第二侧面泵浦Nd:YAG模块20.4、四分之一波片20.5。
第一侧面泵浦Nd:YAG模块20.1与第二侧面泵浦Nd:YAG模块20.4相同，均为北京吉泰基业科技有限公司的GTPC-75，采用三个激光二极管bar条泵浦，每个bar条各自呈120°分布在圆棒状Nd:YAG的侧面，所使用的Nd:YAG晶体为直径φ＝3mm，长度d＝65mm的圆柱形晶体，晶体的光轴采用[111]晶向，掺杂浓度0.9±0.1at％，短腔输出功率为75W。
4f成像系统20.3由两个焦距f＝60mm的透镜组成，且两个透镜之间的距离为2f。4f成像系统20.3与石英旋光器20.2用来补偿Nd:YAG晶体的热致双折射效应。
第二0°反射镜21设置于所述四分之一波片出射后光束交点处，用于反射全部经LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20单通放大激光，使光束原路返回至所述LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20进行双通放大。
从光纤激光器1输出的ps脉冲激光将先后通过LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12和LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20双通放大。LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12由两个50W的808nm波长激光从固体激光介质的两个端面进行泵浦。两端的两个光纤与耦合透镜之间的距离即两个臂长对称。调节两个臂长到合理的长度，在50～500mm之间，达到最佳输出。LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20采用三面激光二极管bar条泵浦，每个bar条各自呈120°分布在圆棒状Nd：YAG的侧面，调整输入到侧泵模块种子光直径的大小，在1.0～1.4mm之间，达到输出最佳输出。
输出激光由功率计测量输出功率，功率计为以色列Ophir公司的型号为NOVAII的功率计。用CCD测量光束传播方向上不同位置处的光斑直径，然后进行双曲线拟合，计算出光束质量因子。CCD为以色列Ophir公司的型号为Spiricon SP620U。
应用功率计测量输出功率。第一级泵浦功率为60W，第二级泵浦功率为387W时，调节并逐渐增大种子光重复频率从50kHz到400kHz，记录皮秒光纤激光器1输入到LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12使得放大后的光功率从7.62W增加到11.45W，而经过LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20放大后的光功率从27.65W增加到35W。
由CCD测量光束传播方向上不同位置处的光斑直径，然后进行双曲线拟合，计算出光束质量因子。如图2所示，最终输出激光的光束质量因子
利用本实施例提供的光纤-固体混合放大激光系统进行激光放大的具体过程为：
(1)皮秒光纤激光器1输出脉宽为8.5ps、激光重复频率为50kHz，平均功率为10.5mW的1064nm种子光；
(2)该种子光经光纤隔离器2、第一半波片3、第二偏振分光棱镜4透射后进入法拉第旋光器5，再经第二半波片6从第一偏振分光棱镜7透射后，经45°反射镜8、45°反射镜9反射至第一耦合透镜10，第一耦合透镜10将来自45°反射镜9反射的偏振光经45°反射镜11耦合至LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12进行双通放大。
种子光经LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12单通放大，输出的1064nm激光的光束质量M2为1.38，经双通放大后的激光的光束质量M2为1.27，平均功率为7.62W。
(3)经LD双端面泵浦Nd:YVO4放大器12的放大激光依次经45°反射镜11、第一耦合透镜10、45°反射镜9、45°反射镜8、第一偏振分光棱镜7、第二半波片6、法拉第旋光器5、第二偏振分光棱镜4出射，出射的放大激光依次经45°反射镜14、45°反射镜15、第二耦合透镜16、第三半波片17、45°反射镜18、薄膜偏振片19进入LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20进行放大。
放大激光经LD侧面泵浦Nd:YAG放大器20单通放大，输出的1064nm激光的光束质量M2为1.64，经双通放大后的激光的光束质量M2为1.30，平均功率为27.65W，对应峰值功率为65MW。
本实施例采用了Nd:YVO4晶体和Nd:YAG晶体两级固体混合放大的方法，可以得到数十兆瓦的激光输出，而采用利用球差补偿原理设计的双通放大结构，可以很好得控制住光束质量。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，包括：
皮秒光纤激光器，产生种子光；
光纤隔离器，限制所述种子光沿光向传播，并隔离经光纤回波反射的光；
第一半波片，将所述光纤隔离器出射的种子光的偏振态旋转预定夹角，调节种子光的功率，以实现对不同种子光功率增益的研究；
第一偏振分光棱镜，透射所述第一半波片出射的种子光中的P偏振光；
第一耦合透镜，将来自于所述第一偏振分光棱镜的P偏振光耦合到LD双端面泵浦的固体激光放大器；
LD双端面泵浦的固体激光放大器，对接收的P偏振光进行双通放大，射出放大激光；
光隔离器，设置于所述第一半波片与第一偏振分光棱镜之间，用于隔离依次经所述第一耦合透镜、第一偏振分光棱镜原路返回的放大激光中的P偏振光，并将该P偏振光改变成S偏正光后全部反射至第二耦合透镜，防止放大激光中的P偏振光对所述种子光造成损伤；
第二耦合透镜，将来自于所述光隔离器的S偏振光耦合到LD侧面泵浦的固体激光放大器；
LD侧面泵浦的固体激光放大器，对接收的S偏振光进行双通放大，射出最终放大激光。
2.如权利要求1所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述第二耦合透镜与所述LD侧面泵浦的固体激光放大器之间的光路上依次设有第三半波片、反射镜以及薄膜偏振片；所述第三半波片与所述薄膜偏振片用于调节S偏振光的偏振态，所述反射镜用于调节光路。
3.如权利要求1所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述光隔离器包括依次连接的第二偏振分光棱镜、法拉第旋光器、以及第二半波片；所述第二偏振分光棱镜连接第一半波片，所述第二半波片连接第一偏振分光棱镜；所述第二半波片将第一偏振分光棱镜射出的放大激光中的P偏振光的偏振态旋转一定的角度；所述法拉第旋光器将所述第二半波片输出的线偏振光的偏正态旋转一定的角度，输出S偏振光；所述第二偏振分光棱镜将所述法拉第旋光器输出的S偏振光反射至第二耦合透镜。
4.如权利要求1所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述LD双端面泵浦的固体激光放大器包括：光轴上依次连接的第一LD阵列、第一耦合透镜组、第一双色耦合镜、固体激光介质、第二双色耦合镜、第二耦合透镜组、第二LD阵列，且所述第一耦合透镜组与所述第二耦合透镜组以所述固体激光介质为中心成对称分布；所述第一LD阵列与所述第二LD阵列用于产生泵浦光；所述第一耦合透镜组用于将所述第一LD阵列产生的泵浦光耦合到所述固体激光介质以激励固体激光介质对偏振光进行放大；所述第一双色耦合镜用于反射接收的P偏振光至所述固体激光介质，或反射双通放大激光至原光路；所述第二双色耦合镜用于反射放大激光至所述固体激光介质；所述第二耦合透镜组用于将所述第二LD阵列产生的泵浦光耦合到所述固体激光介质以激励固体激光介质对接收的放大激光进行再次放大，输出双通放大激光。
5.如权利要求4所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述第一耦合透镜组与所述第二耦合透镜组相同，均包括焦距不同的两个透镜，两个透镜的表面均设有对泵浦光和放大激光具有高透射率的介质膜。
6.如权利要求4所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述第一双色耦合镜与所述第二双色耦合镜相同，均是面向固体激光介质的一面镀了对泵浦光高透过率，且对放大激光高反射率的双色介质膜，另一面镀了对泵浦光高透过率的介质膜。
7.如权利要求4所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述固体激光介质为双端键合的Nd:YVO4复合晶体。
8.如权利要求4所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，本发明放大激光系统还包括位于所述第二双色耦合镜反射后光束交点处的第一0°反射镜，用于反射全部放大激光，使光束原路返回至所述固体激光介质再次放大。
9.如权利要求1所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述LD侧面泵浦的固体激光放大器包括：光轴上依次连接的第一侧面泵浦模块、石英旋光器、4f成像系统、第二侧面泵浦模块、四分之一波片。
10.如权利要求1所述的光纤-固体混合放大激光系统，其特征在于，所述第一侧面泵浦模块与所述第二侧面泵浦模块均为Nd:YAG泵浦模块。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598860A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 深圳市海目星激光智能装备股份有限公司 一种皮秒激光双程两级放大装置
CN109088304A (zh) * 2018-09-18 2018-12-25 深圳市杰普特光电股份有限公司 光纤脉冲激光器
CN110299664A (zh) * 2019-05-29 2019-10-01 长春新产业光电技术有限公司 一种高能量超快脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器
CN110554464A (zh) * 2019-08-16 2019-12-10 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种小型化单偏振光纤谐振腔
CN113131323A (zh) * 2021-03-30 2021-07-16 山东大学 一种基于双波长双端泵浦结构的Yb:YAG激光放大器
CN113809630A (zh) * 2021-09-13 2021-12-17 山东大学 一种侧面泵浦Yb:YAG超短脉冲激光放大器
CN114336254A (zh) * 2022-03-14 2022-04-12 山东省科学院激光研究所 一种高亮度主振荡功率放大皮秒激光系统
CN114552344A (zh) * 2022-02-27 2022-05-27 北京工业大学 高能量高光束质量的光纤固体混合皮秒激光放大器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103033944A (zh) * 2012-12-04 2013-04-10 广东汉唐量子光电科技有限公司 脉冲激光器偏振合束装置
CN203205699U (zh) * 2013-04-01 2013-09-18 北京铟尼镭斯技术有限公司 光纤固体混合超短脉冲激光放大器
US20140301417A1 (en) * 2013-04-09 2014-10-09 Fasortronics Llc Pulsed, Internal Optical Mixer
CN105896255A (zh) * 2016-06-21 2016-08-24 上海理工大学 可调皮秒固体激光系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103033944A (zh) * 2012-12-04 2013-04-10 广东汉唐量子光电科技有限公司 脉冲激光器偏振合束装置
CN203205699U (zh) * 2013-04-01 2013-09-18 北京铟尼镭斯技术有限公司 光纤固体混合超短脉冲激光放大器
US20140301417A1 (en) * 2013-04-09 2014-10-09 Fasortronics Llc Pulsed, Internal Optical Mixer
CN105896255A (zh) * 2016-06-21 2016-08-24 上海理工大学 可调皮秒固体激光系统

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598860A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 深圳市海目星激光智能装备股份有限公司 一种皮秒激光双程两级放大装置
CN108598860B (zh) * 2018-05-25 2023-11-17 海目星激光科技集团股份有限公司 一种皮秒激光双程两级放大装置
CN109088304A (zh) * 2018-09-18 2018-12-25 深圳市杰普特光电股份有限公司 光纤脉冲激光器
CN110299664A (zh) * 2019-05-29 2019-10-01 长春新产业光电技术有限公司 一种高能量超快脉宽和重复频率可调谐的混合放大激光器
CN110554464A (zh) * 2019-08-16 2019-12-10 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种小型化单偏振光纤谐振腔
CN113131323A (zh) * 2021-03-30 2021-07-16 山东大学 一种基于双波长双端泵浦结构的Yb:YAG激光放大器
CN113809630A (zh) * 2021-09-13 2021-12-17 山东大学 一种侧面泵浦Yb:YAG超短脉冲激光放大器
CN114552344A (zh) * 2022-02-27 2022-05-27 北京工业大学 高能量高光束质量的光纤固体混合皮秒激光放大器
CN114336254A (zh) * 2022-03-14 2022-04-12 山东省科学院激光研究所 一种高亮度主振荡功率放大皮秒激光系统
WO2023174034A1 (zh) * 2022-03-14 2023-09-21 山东省科学院激光研究所 高亮度皮秒激光系统

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