CN108346967A - 一种集成碟片式高功率固体激光放大器 - Google Patents

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武新慧
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Abstract

本发明公开了一种集成碟片式高功率固体激光放大器，此放大器设计采用纵向和横向排布的多个相同的碟片式激光放大单元组成。纵向排布通过微型折转棱镜实现光路折叠传播，横向排布通过横向激光放大单元几何光路排布实现。碟片式激光放大单元由泵浦半导体激光巴条、耦合透镜1、耦合透镜2、激光晶体、泵浦光反射镜、散热传导系统组成，泵浦半导体激光巴条、耦合透镜1、耦合透镜2、激光晶体、泵浦光反射镜在半导体激光巴条出光光路上依次排列。本发明可根据激光放大功率的需要通过增加或减小激光放大单元数量实现激光放大的倍率设计，具有可扩展性、结构简单、转换效率高的技术优点，是脉冲固体激光放大器设计的新选择。

Description

一种集成碟片式高功率固体激光放大器
技术领域
本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种集成碟片式高功率固体激光放大器，用来对脉冲固体激光器进行功率或能量放大。
背景技术
在固体激光器设计中，为了保证高功率情况下的激光光束质量，一般会采用振荡加放大的设计方式，即振荡级完成激光器的重复频率、脉冲宽度等技术指标的设计要求，并且保证光束质量，然后通过放大器实现激光功率和能量的放大，实现设计指标要求。本发明即根据脉冲固体激光放大的需求设计了一种集成碟片式高功率固体激光放大器，采用半导体巴条泵浦，根据放大功率或倍率的要求，可选择横向和纵向多级放大来实现，此脉冲固体激光放大器具有可扩展性、结构简单、转换效率高的技术优点，是脉冲固体激光放大器设计的新选择。
发明内容
本发明的目的：为了解决脉冲固体激光放大的需求，设计了一种集成碟片式高功率固体激光放大器。
为实现上述目的，本发明提出以下技术方案：一种集成碟片式高功率固体激光放大器，其特征在于此固体激光放大器由相同的可集成的碟片式激光放大单元沿纵向和横向排布而成。
所述的碟片式激光放大单元由泵浦半导体激光巴条(1)、耦合透镜1(2)、耦合透镜2(3)、激光晶体(4)、泵浦光反射镜(5)和散热传导系统(6)组成。所述泵浦半导体激光巴条(1)、耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)、激光晶体(4)、泵浦光反射镜(5)在半导体激光巴条(1)出光光路上依次排列。所述耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)靠近泵浦半导体激光巴条(1)光路放置，激光晶体(4)中心光路轴线与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合。未被激光晶体(4)吸收的泵浦激光被泵浦光反射镜(5)反射，反射聚焦区域与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合。泵浦半导体激光巴条(1)和激光晶体(4)与散热传导系统(6)保持良好的热传导，将泵浦半导体激光巴条(1)和激光晶体(4)的废热有效传导出去并冷却，高功率情况下可采用超导热石墨膜将废热导出后用风冷或水冷方式散热。
激光放大单元可横向和纵向排布，放大光路设计上纵向排布通过微型折转棱镜(7)实现光路折叠传播，横向排布通过横向激光放大单元几何光路排布实现。所述的泵浦半导体激光巴条(1)采用高功率半导体激光巴条，泵浦半导体激光巴条(1)长度与激光晶体(4)长度一致。所述的泵浦半导体激光巴条(1)的发射波长随激光晶体(4)不同而不同，如激光晶体(4)为Nd：YAG或Nd：YVO4晶体，泵浦半导体激光巴条(1)的发射波长为808nm；所述的耦合透镜1(2)用于准直泵浦半导体激光巴条(1)的快轴，为一条形柱透镜；所述的耦合透镜2(3)用于聚焦泵浦半导体激光巴条(1)的泵浦光，为一条形柱透镜；所述的激光晶体(4)为激光增益介质，其泵浦方向两端面镀针对泵浦光的增透膜。激光晶体(4)发射波长与种子激光器(8)波长一致，可实现种子激光器(8)的增益放大；所述的泵浦光反射镜(5)为凹面反射柱面镜，用于反射未被激光晶体(4)一次吸收的泵浦光，提高泵浦激光的利用率。泵浦光反射镜(5)反射聚焦区域与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合；折转棱镜(7)纵向折转种子激光器(8)光路，光路依次经过碟片式激光放大单元的激光晶体(4)聚焦区域，实现高效率激光放大。
附图说明
图1、集成碟片式高功率固体激光放大器放大单元结构图
图2、集成碟片式高功率固体激光放大器放大单元排列图
图中：1、泵浦半导体激光巴条 2、耦合透镜1 3、耦合透镜2 4、激光晶体 5、泵浦光反射镜 6、散热传导系统 7、折转棱镜 8、种子激光器
具体实施方式
一种集成碟片式高功率固体激光放大器，其特征在于此固体激光放大器由相同的碟片式激光放大单元沿纵向和横向集合而成。碟片式激光放大单元由泵浦半导体激光巴条(1)、耦合透镜1(2)、耦合透镜2(3)、激光晶体(4)、泵浦光反射镜(5)和散热传导系统(6)组成。泵浦半导体激光巴条(1)、耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)、激光晶体(4)、泵浦光反射镜(5)在半导体激光巴条(1)出光光路上依次排列。耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)靠近泵浦半导体激光巴条(1)光路放置，激光晶体(4)中心光路轴线与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合。未被激光晶体(4)吸收的泵浦激光被泵浦光反射镜(5)反射，反射聚焦区域与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合。
所述的泵浦半导体激光巴条(1)采用高功率半导体激光巴条，泵浦半导体激光巴条(1)长度与激光晶体(4)长度一致，泵浦半导体激光巴条(1)的发射波长随激光晶体(4)不同而不同，如激光晶体(4)为Nd：YAG、Nd：KGW或Nd：YVO4晶体，泵浦半导体激光巴条(1)的发射波长为808nm；所述的耦合透镜1(2)用于准直泵浦半导体激光巴条(1)的快轴，为一条形柱头镜；所述的耦合透镜2(3)用于聚焦泵浦半导体激光巴条(1)的泵浦光，为一条形柱头镜；所述的激光晶体(4)为激光增益介质，其发射波长与种子激光器(8)波长一致，可实现种子激光器(8)的增益放大。所述的激光晶体(4)泵浦端面镀针对泵浦光的增透膜；所述的泵浦光反射透镜(5)为凹面反射柱面镜，用于反射未被晶体一次吸收的泵浦光，所述的泵浦光反射镜(5)的反射聚焦区域与耦合透镜1(2)和耦合透镜2在激光晶体(4)中的聚焦区域重合；所述的散热传导系统(6)激光晶体(4)之间用铟箔实现紧密贴合，保持良好的热传导状态。散热传导系统(6)根据放大器功率的不同可采用热传导风冷散热或微通道水冷散热方式；折转棱镜(7)折转种子激光器(8)激光光路，种子激光器(8)激光光路依次经过碟片式激光放大单元，实现高效率激光放大。
集成碟片式高功率固体激光放大器激光放大单元可横向和纵向排布。
放大光路设计上纵向放大光路通过微型折转棱镜(7)实现光路折叠传播。种子激光器(8)发射种子激光经过第一个碟片式放大单元增益区放大后，经折转棱镜(7)180°折转经过第二个碟片式激光放大单元增益区放大，再经折转棱镜(7)180°折转经过第三个碟片式激光放大单元增益区放大，以此类推，实现纵向放大。
横向光路传播通过横向激光放大单元几何光路实现，种子激光器(8)沿横向直线通过横向排列的激光放大单元的增益区域，实现激光放大；种子激光器(8)发射种子激光经过第一组纵向排布碟片式放大单元放大后，直接几何光路进入第二组碟片式放大单元放大，在完成第二组纵向碟片式放大单元放大后再直接几何光路进入第三组纵向排布碟片式放大单元增益区放大，依次类推，实现横向放大。

Claims (3)

1.一种集成碟片式高功率固体激光放大器，其特征在于此固体激光放大器由相同的可集成的碟片式激光放大单元沿纵向和横向排布而成。
2.权利要求书1所述的碟片式激光放大单元由泵浦半导体激光巴条(1)、耦合透镜1(2)、耦合透镜2(3)、激光晶体(4)、泵浦光反射镜(5)和散热传导系统(6)组成。泵浦半导体激光巴条(1)、耦合透镜1(2)、耦合透镜2(3)、激光晶体(4)、泵浦光反射镜(5)在半导体激光巴条(1)出光光路上依次排列。耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)靠近泵浦半导体激光巴条(1)光路放置，激光晶体(4)中心光路轴线与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合，未被激光晶体(4)吸收的泵浦激光被泵浦光反射镜(5)反射，反射聚焦区域与泵浦半导体激光经耦合透镜1(2)和耦合透镜2(3)后的聚焦区域重合。
3.激光放大单元可横向和纵向排布，纵向排布通过微型折转棱镜(7)实现光路折叠传播，横向排布通过横向激光放大单元几何光路排布实现。
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