CN112134129A - 一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构及方法，属于激光技术领域，包括增益介质和外部介质，其特征在于：所述增益介质和外部介质之间设置有至少三层具有不同折射率的光学薄膜，每层所述光学薄膜的折射率介于所述增益介质和外部介质之间，且所述光学薄膜的折射率沿所述增益介质到外部介质的方向依次降低；本发明既能满足主激光的正常传输和放大，又能够显著抑制自发辐射放大过程；本发明适用性广，可用于任何基于全内反射激光放大过程的激光器、激光放大器等的自发辐射放大过程的抑制；且结构简单，不会带来额外的设计和建造难度，成本低。

Description

一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构及 方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构及方法。

背景技术

在激光放大过程中，光的受激辐射放大和自发辐射放大同时存在，两种过程都会消耗激光增益介质的反转粒子数（即增益介质内存储的能量），因此自发辐射放大的存在会导致激光输出能量的降低。为了提高激光对增益介质储能的提取效率，需要抑制自发辐射放大过程。

对于透射应用的激光增益介质，通常采用“包边玻璃＋折射率匹配胶”的方法，抑制与激光传输方向垂直的横向自发辐射放大。

然而，对于板条激光器，其激光增益介质利用全内反射对激光进行传输和放大，在激光传输平面内，激光和自发辐射放大光都会经过增益介质与其外部介质的光学界面，“包边玻璃＋折射率匹配胶”的方法无法对激光和自发辐射放大光进行区分，该方法难以实现在激光传输平面内的自发辐射放大过程的抑制。同时板条激光放大器中，激光传输角度是确定的，其他小于激光传输角度的自发辐射放大光虽然界面反射率降低，但在角度较小时，其增益长度远超过主激光的增益长度。

因此，板条激光器中自发辐射放大的抑制难题亟待解决。

发明内容

本发明的目的之一，就在于提供一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构，包括增益介质和外部介质，所述增益介质和外部介质之间设置有具有至少三层不同折射率的光学薄膜，每层所述光学薄膜的折射率介于所述增益介质和外部介质之间，且所述光学薄膜的折射率沿所述增益介质到外部介质的方向依次降低。

上述的增益介质，也称为放大介质；上述的外部介质，可能是空气、真空、冷却液等等，即增益介质所处的外部环境中的介质（一般仍然处于激光器中）；上述的光学薄膜，可以是采用单层薄膜组合而成，也可以是采用多层薄膜成品。

本发明根据激光器/激光放大器增益介质和外部介质的折射率，以及实际可制备的光学薄膜的折射率，选取一系列具有介于增益介质和外部介质之间的折射率的膜层，按照折射率从高到低在增益介质表面制备多层薄膜，各单层膜的厚度可根据需求进行设计。

作为优选的技术方案：所述光学薄膜的层数为四至八层。

本发明的光学薄膜的层数，至少为三层，从原理上讲，层数越多越好；

但层数过多会导致工艺难度的大幅提升，以及可能的性能变差，所以优选为四至八层。

本发明的目的之二，在于提供一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的方法，采用的技术方案为：采用至少三层具有不同折射率的光学薄膜将所述板条激光器/激光放大器的增益介质和外部介质分隔开。

作为优选的技术方案：所述光学薄膜采用下述至少一种制备方法：

利用不同的膜层材料制备具有不同折射率的单层薄膜；利用微纳结构制备具有不同折射率的单层薄膜；利用不同角度倾斜沉积镀膜制备具有不同折射率的单层薄膜；利用溶胶-凝胶法制备具有不同折射率的单层薄膜。

作为本发明的重要发明点，本发明中的单层光学薄膜，可以采用现有技术进行制备，包括但不限于：1.电子束沉积镀膜（介质膜的成熟制备方法）；2.倾斜沉积镀膜（基于电子束沉积镀膜，使样品表面发现与膜层沉积方向呈一定角度）3.溶胶-凝胶法（化学膜的成熟制备方法）等；

常用的膜层材料包括但不限于：氧化钽、氧化钛、氧化铪、氧化硅等等，其体材料具有不同的折射率，光学薄膜也具有不同的折射率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明既能满足主激光的正常传输和放大，又能够显著抑制自发辐射放大过程，其原理为：主激光在介质内全内反射传输，而自发辐射光（以及自发辐射放大光）传输角度随机分布，在保证全内反射角的情况下，主激光正常传输和放大，降低小于全内反射角的光的反射率，自发辐射放大光会部分透射离开增益介质，进而抑制自发辐射放大过程；

2、本发明适用性广，可用于任何基于全内反射激光放大过程的激光器、激光放大器等的自发辐射放大过程的抑制；

3、本发明结构简单，对任何基于全内反射激光放大过程的激光器、激光放大器等均不会带来额外的设计和建造难度，成本低。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的反射率曲线图；

图3为本发明对比例1的反射率曲线图。

图中：1、增益介质；2、光学薄膜；3、外部介质。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

参见图1，一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构，包括增益介质1和外部介质3，所述增益介质1和外部介质3之间设置有至少三层具有不同折射率的光学薄膜2，每层所述光学薄膜2的折射率介于所述增益介质1和外部介质3之间，且所述光学薄膜2的折射率沿所述增益介质1到外部介质3的方向依次降低；图1中，n_in—增益介质的折射率；n₁-n_k—第1至第k层薄膜的折射率；n_out—外部介质的折射率

本实施例中，增益介质的折射率n_in=1.54，外部介质的折射率n_out=1，光学薄膜2的层数为8层，各单层膜折射率依次为n₁=1.47，n₂=1.42，n₃=1.37，n₄=1.32，n₅=1.27，n₆=1.22，n₇=1.17，n₈=1.12，各单层膜光学厚度均为四分之一波长，其反射率曲线如图2所示，此时光束发生全反射的临界角为40.56°，角度超过临界角均会发生全内反射，在0°-40.56°范围内：自然光平均反射率为1.72%，相比下述的不设置光学薄膜的对比例1下降78%；S光平均反射率为2.16%，相比下述的不设置光学薄膜的对比例1下降81.7%；P光平均反射率为1.27%，相比下述的不设置光学薄膜的对比例1下降66.5%。

对比例1

本对比例与实施例1相比，不镀膜，亦即不在增益介质和外部介质之间设置光学薄膜，其余与实施例1相同，包括增益介质的折射率n _in =1.54，外部介质的折射率n _out =1，其反射率曲线如图3所示，此时光束发生全反射的临界角为40.56°，角度超过临界角均会发生全内反射，在0°~40.56°范围内：自然光平均反射率为7.81%，S光平均反射率为11.83%，P光平均反射率为3.79%。

实施例2：

本实施例中，增益介质的折射率n_in=1.54，外部介质的折射率n_out=1.3，光学薄膜2的层数为4层，各单层膜折射率依次为n₁=1.47，n₂=1.42，n₃=1.37，n₄=1.32，各单层膜光学厚度均为四分之一波长，此时光束发生全反射的临界角为57.6°，角度超过临界角均会发生全内反射，在0°-57.6°范围内：自然光平均反射率为0.67%，相比下述的不设置光学薄膜的对比例2下降79.5%；S光平均反射率为0.73%，相比下述的不设置光学薄膜的对比例2下降84%；P光平均反射率为0.61%，相比下述的不设置光学薄膜的对比例2下降69%。

对比例2：

本对比例与实施例2相比，不镀膜，亦即不在增益介质和外部介质之间设置光学薄膜，其余与实施例1相同，包括增益介质的折射率n _in =1.54，外部介质的折射率n _out =1，其反射率曲线如图3所示，此时光束发生全反射的临界角为57.6°，角度超过临界角均会发生全内反射，在0°-57.6°范围内：自然光平均反射率为3.26%，S光平均反射率为4.55%，P光平均反射率为1.97%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构，包括增益介质和外部介质，其特征在于：所述增益介质和外部介质之间设置有至少三层具有不同折射率的光学薄膜，每层所述光学薄膜的折射率介于所述增益介质和外部介质之间，且所述光学薄膜的折射率沿所述增益介质到外部介质的方向依次降低。

2.根据权利要求1所述的抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的结构，其特征在于：所述光学薄膜的层数为四至八层。

3.一种抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的方法，其特征在于：采用至少三层具有不同折射率的光学薄膜将所述板条激光器/激光放大器的增益介质和外部介质分隔开。

4.根据权利要求3所述的抑制板条激光器/激光放大器自发辐射放大的方法，其特征在于：所述光学薄膜采用下述至少一种制备方法：

利用不同的膜层材料制备具有不同折射率的单层薄膜；利用微纳结构制备具有不同折射率的单层薄膜；利用不同角度倾斜沉积镀膜制备具有不同折射率的单层薄膜；利用溶胶-凝胶法制备具有不同折射率的单层薄膜。

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