CN110071420A - 一种高增益部分端面泵浦激光放大装置 - Google Patents

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Abstract

一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，由脉冲种子光源、脉冲隔离单元、激光放大器单元和同步控制单元构成。其特点是通过改变待放大种子激光的偏振方向，使种子激光可以十几次甚至更多次通过Innoslab增益介质，克服了传统部分端面泵浦板条激光放大器只能单线程放大的问题，从而实现高增益放大，并提高最终的能量提取效率，同时在光路中加入法拉第旋光器，可以补偿在高重复频率条件下由热效应引起的退偏振效应，提高输出光束的光束质量。

Description

一种高增益部分端面泵浦激光放大装置
技术领域
本发明属于固体激光放大技术领域，特别是一种高增益部分端面泵浦激光放大装置。
背景技术
1996年，德国Fraunhofer激光技术研究所的杜可明博士提出了一种激光二极管部分端面泵浦的板条激光器(Innoslab Laser),在此基础上发展起来的Innoslab激光放大技术因为具有较好的模式匹配，并且增益介质大的散热面积和较薄的晶体厚度，可以获得高重复频率、高光束质量、高输出功率以及结构紧凑等优势得到国内外的广泛关注，并已普遍应用到固体激光放大器中。由于Innoslab增益介质自身的结构特点，水平方向的尺寸比竖直方向会大很多，传统的Innoslab激光放大器在单程放大的过程中通过调节反射镜的角度可以使得激光多次经过Innoslab增益介质而获得放大，因为增益介质水平方向的尺寸不能无限增大，因而这种方式激光通过增益介质的次数是有限的，这导致的一个问题就是不能有效的提取增益介质中的储能，特别是对于小信号激光脉冲而言，获得的增益很小，造成Innoslab激光放大器的光-光效率并不高。
发明内容
本发明目的在于克服上述Innoslab激光放大器只能单线程放大的问题，提供一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，该装置可以有效提高种子激光的放大效率，实现激光的高增益放大，获得高光束质量、高重复频率的高能量输出，并且容易实现小型化。
本发明的技术解决方案如下：
一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于，由脉冲种子光源、脉冲隔离单元、激光放大器单元和同步控制单元构成：
所述的脉冲隔离单元，沿脉冲种子光源发出的脉冲激光方向依次包括第一薄膜偏振片、第一法拉第旋转器、半波片和第二薄膜偏振片；
所述的激光放大器单元包括一个光学线性腔和泵浦注入部分：由依次的第一腔镜、所述的第二薄膜偏振片、第一反射镜、Innoslab增益介质、第二反射镜、第二法拉第旋转器、第二腔镜构成激光放大装置线性腔，所述的第二薄膜偏振片为激光脉冲的输入端口，所述的第一薄膜偏振片为激光脉冲的输出端口，所述的泵浦注入部分包括：第一激光二极管阵列和第二二极管阵列发出的激光分别从两侧依次经过第一光束整形器件、第一反射镜和第二光束整形器件、第二反射镜照射至所述的Innoslab增益介质。
所述的同步控制单元的输出端分别与所述的脉冲种子光源、第一激光二极管阵列和第二激光二极管阵列的控制端相连，同步控制激光脉冲。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的脉冲种子光源发出的种子激光为水平线偏振光。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质设置为长≥宽>高的板条状，以所述的Innoslab增益介质长×宽面为水平面。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的脉冲种子光源发出的种子激光的直径应小于所述的Innoslab增益介质的高度。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质长×宽的面设有冷却装置。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质长×高的面、所述的第一反射镜和所述的第二反射镜的两个端面都镀有对种子激光束和泵浦光束均高透射的膜。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质的长度与所述的第一反射镜和所述的第二反射镜的直径相匹配。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于通过相互调节所述的第一反射镜和所述的第二反射镜的偏摆角度可以控制单程通过所述的Innoslab增益介质的次数。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述Innoslab增益介质材料为红宝石、钛宝石或掺杂Nd或Yb离子的晶体、陶瓷或玻璃。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的第一腔镜和第二腔镜均为平面镜。
所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的同步控制单元由一台纳秒精度的同步机构成。
激光放大器单元使用法拉第旋转器改变激光脉冲偏振，当水平方向的线偏振光两次通过法拉第旋转器后会变成垂直方向的线偏振光，从而实现激光脉冲可以多次通过Innoslab增益介质。激光放大器单元通过薄膜偏振片反射输出。
本发明的优点在于：
1、与传统的Innoslab激光放大器不同，本发明采用了线性腔结构，通过改变激光脉冲的偏振方向，使得激光脉冲可以十几次甚至更多次通过增益介质，获得高增益放大，提高了储能的提取效率，使得输出能量更高。
2、在线性腔内加入了法拉第旋转器，一方面可以改变激光脉冲的偏振方向，另一方面可以对高占空比条件下出现的退偏振效应进行补偿，这是传统Innoslab激光放大器不具备的。
3、该装置只采用了一对反射镜来调节激光脉冲的偏摆和俯仰角度，从而控制激光脉冲通过Innoslab增益介质的次数，相对于传统Innoslab激光放大器采用多个反射镜的方式，操作更加简单，实用性强。
4、整体结构紧凑，能够实现小型化的应用。
附图说明
图1是本发明一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置结构框图
图2是本发明中注入隔离单元结构示意图。
图3是本发明激光放大器单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，，但不应以此限制本发明的保护范围。
先参阅图1，图1是本发明一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置的总体结构框架图。由图可见，本发明由脉冲种子光源1、脉冲隔离单元2、激光放大器单元3和同步控制单元4构成。脉冲隔离单元2的结构示意图参见图2。由图可见，由脉冲种子光源1发出的水平脉冲激光经过第一薄膜偏振片5、第一法拉第旋转器6、半波片7和第二薄膜偏振片8后进入激光放大器单元3。脉冲隔离单元可以隔离反向的激光脉冲防止其进入脉冲种子光源1，对脉冲种子光源1造成破坏。
激光放大器单元3的结构示意图详见图3。激光放大器单元3的光学线性腔由第一腔镜9、第二薄膜偏振片8、第一反射镜10、Innoslab增益介质11、第二反射镜12、第二法拉第旋转器13、第二腔镜14构成。Innoslab增益介质11设置为长≥宽>高的板条状，以Innoslab增益介质11的长×宽面为水平面，并且该面设有冷却装置19。Innoslab增益介质11的长度与第一反射镜10和所述的第二反射镜12的直径相匹配。
从脉冲隔离单元2出来的激光脉冲通过第二薄膜偏振片8注入到光学线性腔内，此时激光脉冲为水平方向的线偏振光，与此同时同步控制单元4给出同步信号，控制第一激光二极管阵列15和第二二极管阵列16发出泵浦激光，分别从两侧依次经过第一光束整形器件17、第一反射镜10和第二光束整形器件18、第二反射镜12照射至Innoslab增益介质11，使增益介质产生足够的上能级例子反转数。Innoslab增益介质11长×高的面、第一反射镜10和第二反射镜12的两个端面都镀有对种子激光束和泵浦光束均高透射的膜。使激光脉冲经过第一反射镜10，然后第一次通过Innoslab增益介质11，经过第二反射镜12，然后第二次通过Innoslab增益介质11，再经过第一反射镜10，然后第三次Innoslab增益介质11，再经过第二反射镜12，……，通过调节第一反射镜10和第二反射镜12的角度可以控制激光脉冲通过Innoslab增益介质11的次数，激光脉冲单程最后一次通过Innoslab增益介质11后经过第二法拉第旋转器13，此时水平方向的激光脉冲偏振方向旋转了45°，然后经过第二腔镜14按原光路返回，再次经过第二法拉第旋光器13，此时激光脉冲的偏振方向又旋转了45°，变成的垂直方向的线偏振光，并再多次经过第一反射镜10、Innoslab增益介质11和第二反射镜后12，被第二薄膜偏振片8反射到第一腔镜9，通过调节第一腔镜9，使激光脉冲按原光路返回，由于此时激光脉冲的偏振方向依旧为垂直方向的线偏振光，因此返回的激光脉冲会被第二薄膜偏振片8反射，又再多次经过第一反射镜10、Innoslab增益介质11和第二反射镜12，并两次通过第二法拉第旋转器13后，激光脉冲的偏振方向改变为水平方向的线偏振光，最终从第二薄膜偏振片8输出腔外，从而实现了激光脉冲可以数多次的经过Innoslab增益介质11实现高增益放大。

Claims (11)

1.一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于，由脉冲种子光源(1)、脉冲隔离单元(2)、激光放大器单元(3)和同步控制单元(4)构成：
所述的脉冲隔离单元(2)，沿脉冲种子光源(1)发出的脉冲激光方向依次包括第一薄膜偏振片(5)、第一法拉第旋转器(6)、半波片(7)第二薄膜偏振片(8)；
所述的激光放大器单元包括一个光学线性腔和泵浦注入部分：由依次的第一腔镜(9)、所述的第二薄膜偏振片(8)、第一反射镜(10)、Innoslab增益介质(11)、第二反射镜(12)、第二法拉第旋转器(13)、第二腔镜(14)构成激光放大装置线性腔，所述的第二薄膜偏振片(8)为激光脉冲的输入端口，所述的第一薄膜偏振片(5)为激光脉冲的输出端口，所述的泵浦注入部分包括：第一激光二极管阵列(15)和第二二极管阵列(16)发出的激光分别从两侧依次经过第一光束整形器件(17)、第一反射镜(10)和第二光束整形器件(18)、第二反射镜(12)照射至所述的Innoslab增益介质(11)。
所述的同步控制单元的输出端分别与所述的脉冲种子光源(1)、第一激光二极管阵列(15)和第二激光二极管阵列(16)的控制端相连，同步控制激光脉冲。
2.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的脉冲种子光源(1)发出的种子激光为水平线偏振光。
3.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质(11)设置为长≥宽>高的板条状，以所述的Innoslab增益介质(11)长×宽面为水平面。
4.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的脉冲种子光源(1)发出的种子激光的直径应小于所述的Innoslab增益介质(11)的高度。
5.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质(11)长×宽的面设有冷却装置(19)。
6.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质(11)长×高的面、所述的第一反射镜(10)和所述的第二反射镜(12)的两个端面都镀有对种子激光束和泵浦光束均高透射的膜。
7.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的Innoslab增益介质(11)的长度与所述的第一反射镜(10)和所述的第二反射镜(12)的直径相匹配。
8.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于通过相互调节所述的第一反射镜(10)和所述的第二反射镜(12)的偏摆角度可以控制单程通过所述的Innoslab增益介质(11)的次数。
9.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述Innoslab增益介质(11)材料为红宝石、钛宝石或掺杂Nd或Yb离子的晶体、陶瓷或玻璃。
10.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的第一腔镜(9)和第二腔镜(14)均为平面镜。
11.根据权利要求1所述的一种高增益部分端面泵浦板条激光放大装置，其特征在于所述的同步控制单元由一台纳秒精度的同步机构成。
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