CN108598861A - 一种多路输出激光放大系统 - Google Patents

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赵晓杰
林德教
马庆磊
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INNO MACHINING Co Ltd
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Innovo Laser Polytron Technologies Inc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers

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Abstract

本发明提供了一种多路输出激光放大系统，涉及激光技术领域，该系统沿激光传播方向依次包括种子光源，前置放大器，分束器，以及后置放大器。本方案中，将放大器与分束器相结合，不仅可以实现高功率输出，且由于同时存在多束高功率激光，尤其是在材料加工领域，可同时利用多束激光对材料进行加工，而不用同时采用多个激光器分别形成激光束，从而可有效地降低设备成本，且可满足复杂材料的加工。

Description

一种多路输出激光放大系统
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其是指一种多路输出激光放大系统。
背景技术
高功率(能量)激光在精密加工，医疗和物理科学领域有着重要的应用。主振荡放大(MOPA)是一种常用的实现高功率激光技术。其中主振荡器可以对光束质量，激光线宽，脉冲宽度，重复频率进行控制。放大器则可以有效地提高激光输出功率和脉冲能量。
由于一级放大器很难实现较高功率输出，目前通常采用多级放大、单一输出结构实现高功率激光输出。但是对于单一输出的放大器结构，其激光应用单一，例如在激光材料加工中只能实现一个激光头一种波长加工。此外，随着激光在放大级中不断被放大，连续激光或脉冲激光比如皮秒和飞秒激光的非线性效应也逐渐增强，从而影响了激光输出的特性。
在激光应用如材料加工领域，有时需要多束激光同时加工，或不同波长同时工作，并且有时需要独立控制每束激光。目前的连续多级放大、单一输出结构难以实现此功能。虽然可以用多个激光器实现此功能，但是这种方法极大地增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：可实现多束激光的高功率工作。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种多路输出激光放大系统，该系统沿激光传播方向依次包括
种子光源，用于形成初始激光光源；
前置放大器，接收种子光源所形成的激光并将其进行放大；
分束器，接收前置放大器所放大的激光并将其分束而形成多束激光；以及
后置放大器，接收分束器分束所得的激光并将其再次放大。
进一步的，沿激光传播方向，所述后置放大器之后还设置有非线性晶体，用于将再次放大的激光进行非线性频率转换。
进一步的，所述非线性晶体为磷酸氧钛钾晶体、磷酸二氢钾晶体、偏硼酸钡晶体或三硼酸锂晶体中的一种或多种。
进一步的，所述种子光源为用于形成激光光源的光纤激光器、固体激光器或直接调制的激光二极管。
进一步的，所述前置放大器和后置放大器为单级或多级的光纤放大器或固体放大器。
进一步的，所述前置放大器/后置放大器包括高功率泵浦源、光纤或固体增益介质。
进一步的，所述高功率泵浦源为半导体模块泵浦或闪光灯泵浦，高功率泵浦源为连续泵浦或脉冲泵浦。
进一步的，所述增益介质为由不同离子掺杂的增益介质，掺杂的离子包括Nd3+、Er3 +、Tm3+离子，增益介质的输出激光波长为多种。
进一步的，所述分束器为光纤分束器，或所述分束器为由一个或多个半透半反镜组成的分束器。
进一步的，每一束经再次放大的所述激光对应设置有独立的开关，用于对每一束激光进行独立控制。
本方案中，将放大器与分束器相结合，不仅可以实现高功率输出，且由于同时存在多束高功率激光，尤其是在材料加工领域，可同时利用多束激光对材料进行加工，而不用同时采用多个激光器分别形成激光束，从而可有效地降低设备成本，且可满足复杂材料的加工，并且结构简单、易于操作。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明一种多路输出激光放大系统的结构示意图。
图中，1-种子光源、2-前置放大器、3-分束器、4-后置放大器、5-非线性晶体。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
结合附图1，本发明公开了一种多路输出激光放大系统，该系统在沿激光传播方向依次包括：
种子光源1，可用于形成初始激光光源；
前置放大器2，可用于接收种子光源所形成的激光并将该激光进行放大，使得该激光的能量(功率)增大；
分束器3，可用于接收前置放大器所放大的激光并将其分束而形成多束激光，由于之前的一束激光被分成多束，自然每一束激光的能量会有所降低；以及
后置放大器4，可用于接收分束器分束所得的激光并将其再次放大，从而增大分束后每一束激光的能量，使其符合需使用的高能量要求。同时，后置放大器的数量，可根据分束后激光束的数量来设置，可使得每一激光分束都可以被放大。该方案中，将放大器与分束器相结合，不仅可以实现高功率输出，且由于同时存在多束高功率激光，尤其是在材料加工领域，可同时利用多束激光对材料进行加工，而不用同时采用多个激光器分别形成激光束，从而可有效地降低设备成本，且可满足复杂材料的加工。
再结合图1，在上述方案基础上，一具体实施例中，在沿激光传播方向，所述后置放大器之后还设置有非线性晶体5，可用于将再次放大的激光进行非线性频率转换。且所述的非线性晶体可为磷酸氧钛钾晶体、磷酸二氢钾晶体、偏硼酸钡晶体或三硼酸锂晶体中的一种或多种，具体可根据实际加工需要进行选择和组合，实现如二倍频、三倍频或四倍频，并实现不同激光波长的输出。相对于单光路高功率激光输出，本方案中的多光路激光输出可以有效降低激光的非线性效应同时实现较高的总功率输出。并且每一个分束形成的子光路之后可添加不同种类的非线性晶体从而实现不同波长输出，同单路输出相比该系统可以有效地降低激光放大器的非线性效应和损伤问题。
此外，所述种子光源1为用于形成激光光源的光纤激光器、固体激光器或直接调制的激光二极管，可以是连续激光输出或脉冲激光输出，脉冲激光的输出宽度可以在毫秒、纳秒、皮秒和飞秒范围。
此外，所述前置放大器2和后置放大器4优选为单级或多级的光纤放大器或固体放大器。所述前置放大器2/后置放大器4包括高功率泵浦源、光纤或固体增益介质。所述高功率泵浦源为半导体模块泵浦或闪光灯泵浦，高功率泵浦源为连续泵浦或脉冲泵浦。所述增益介质为由不同离子掺杂的增益介质，掺杂的离子包括Nd3+、Er3+、Tm3+离子，增益介质的输出激光波长为多种。
优选的，所述分束器3为光纤分束器，或所述分束器3为由一个或多个半透半反镜组成的分束器。分束器可以把一束激光分成两束或两束以上光路，每一路激光的功率可以相等也可以不等，具体可根据实际应用要求进行设定。
最后，每一束经再次放大的所述激光对应设置有独立的开关，用于对每一束激光进行独立控制。如此，在实际应用中，可通过独立控制每一束激光，使得多束不同的激光可以从多个方面或多个角度协同加工，可增加如材料加工中的精细程度和复杂程度。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多路输出激光放大系统，其特征在于：沿激光传播方向依次包括
种子光源，用于形成初始激光光源；
前置放大器，接收种子光源所形成的激光并将其进行放大；
分束器，接收前置放大器所放大的激光并将其分束而形成多束激光；以及
后置放大器，接收分束器分束所得的激光并将其再次放大。
2.如权利要求1所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：沿激光传播方向，所述后置放大器之后还设置有非线性晶体，用于将再次放大的激光进行非线性频率转换。
3.如权利要求2所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述非线性晶体为磷酸氧钛钾晶体、磷酸二氢钾晶体、偏硼酸钡晶体或三硼酸锂晶体中的一种或多种。
4.如权利要求2所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述种子光源为用于形成激光光源的光纤激光器、固体激光器或直接调制的激光二极管。
5.如权利要求2所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述前置放大器和后置放大器为单级或多级的光纤放大器或固体放大器。
6.如权利要求5所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述前置放大器/后置放大器包括高功率泵浦源、光纤或固体增益介质。
7.如权利要求6所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述高功率泵浦源为半导体模块泵浦或闪光灯泵浦，高功率泵浦源为连续泵浦或脉冲泵浦。
8.如权利要求6所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述增益介质为由不同离子掺杂的增益介质，掺杂的离子包括Nd3+、Er3+、Tm3+离子，增益介质的输出激光波长为多种。
9.如权利要求2所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：所述分束器为光纤分束器，或所述分束器为由一个或多个半透半反镜组成的分束器。
10.如权利要求2所述的多路输出激光放大系统，其特征在于：每一束经再次放大的所述激光对应设置有独立的开关，用于对每一束激光进行独立控制。
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