CN113381283A - 一种紧凑型脉冲激光放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种紧凑型脉冲激光放大器，包括入射调节组件部和循环放大组件部；入射调节组件部依次包括准直器、二分之一波片I、偏振片I、旋光器、二分之一波片II；循环放大组件部依次包括全反射镜I、全反射镜II、偏振片II、全反射镜III、泵浦源、全反射镜IV、长条形反射镜组、全反射镜V四分之一波片、电光调制器和全反射镜VI。本发明引入长条形反射镜组，来多次反射增加光程，缩小整体光路尺寸，进一步的缩小体积，便于集成；采用风冷LD侧面泵浦源，不需要有水路，体积更小，结构也更紧凑；增加电动转台和电动导轨后，可以根据输入的脉冲宽度的变化实现自主控制位移以及转角，使其可用来放大不同激光脉宽的脉冲激光。

Description

一种紧凑型脉冲激光放大器
技术领域
本发明涉及激光领域，特别涉及一种紧凑型脉冲激光放大器。
背景技术
通常脉冲激光种子源产生的种子光的单脉冲能量比较低，一般在nJ的量级，这么低的单脉冲能量，不能满足实际应用的需求，为了能得到更高功率，更高单脉冲能量的激光脉冲，需要将激光脉冲进行放大，以达到实际应用需求。
通常激光放大包括单程放大，多程行波放大，再生放大。为了获得高单脉冲能量，需要通过多个激光放大过程才能实现，这样放大器的结构就比较松散，体积很庞大，不利于光路集成。
发明内容
本发明提出了一种紧凑型脉冲激光放大器，解决了现有技术中脉冲激光放大器结构就松散、体积庞大和不利于光路集成的缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种紧凑型脉冲激光放大器，包括入射调节组件部和循环放大组件部；入射调节组件部依次包括准直器、二分之一波片I、偏振片I、旋光器、二分之一波片II；循环放大组件部依次包括全反射镜I、全反射镜II、偏振片II、全反射镜III、泵浦源、全反射镜IV、长条形反射镜组、全反射镜V、四分之一波片、电光调制器和全反射镜VI；长条形反射镜组包括相对平行间隔布置的长条形反射镜I和长条形反射镜II，长条形反射镜I和长条形反射镜II配合用于使射入的脉冲激光在两者之间多次来回反射从而增加光程和减小体积；入射的脉冲激光通过入射调节组件部后由二分之一波片II射入偏振片II，射入偏振片II的脉冲激光经过偏振片II和全反射镜VI之间的各个部件后传输到全反射镜VI上；电光调制器加载电压后用作四分之一波片，使射入的脉冲激光在全反射镜I和全反射镜VI之间来回反射放大；电光调制器不加载电压后，从全反射镜VI反射出来的脉冲激光在经过偏振片II后传输给二分之一波片II，最后经过旋光器后从偏振片I射出。
进一步的，所述长条形反射镜I、所述长条形反射镜II和所述全反射镜V分别固定在电动转台上，电动转台设置在电动导轨上，电动转台用于带动所述长条形反射镜I、所述长条形II和所述全反射镜V转动角度，电动导轨用于带动所述长条形反射镜I、所述长条形II和所述全反射镜V移动位置。
进一步的，所述电动转台包括台面和驱动台面旋转的旋转伺服电机，所述电动导轨滑包括滑轨、用于驱动电动转台沿滑轨移动的丝杆，丝杆端部传动连接丝杆电机。
进一步的，射入和射出所述全反射镜II的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜III的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜IV的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜V的脉冲激光夹角为90度；所述全反射镜I与射入所述全反射镜I的脉冲激光垂直，所述全反射镜VI与射入所述全反射镜VI的脉冲激光垂直。
进一步的，所述泵浦源为采用风冷的LD侧面泵浦源。
进一步的，所述偏振片I和所述偏振片II为薄膜偏振片；所述旋光器为自由空间旋光器。
本发明的有益效果：
1、本发明的电光调制器加载电压后用作四分之一波片，从偏振片II射入的脉冲激光，经过全反射镜III、泵浦源、全反射镜IV、长条形反射镜组、全反射镜V、四分之一波片、电光调制器和全反射镜VI，再由全反射镜VI原路反射回去，经过电光调制器、四分之一波片、全反射镜V、长条形反射镜组、全反射镜IV、泵浦源、全反射镜III、偏振片II、全反射镜II，到达全反射镜I，再由全反射镜I原路返回反射到全反射镜VI，只要电光调制器加载电压，激光就不断在全反射镜I和全反射镜VI来回反射，多次放大，当电光调制器不加载电压后，从全反射镜VI反射回来的脉冲激光经过电光调制器、四分之一波片、全反射镜V、长条形反射镜组、全反射镜IV、泵浦源、全反射镜III后，从偏振片II后射出，偏振片II再传输给二分之一波片II，最后经过旋光器后从偏振片I射出，布局合理，结构紧凑，其中引入长条形反射镜组，来多次反射增加光程，缩小整体光路尺寸，使得放大器的体积可以进一步的缩小，便于集成。
2、采用风冷LD侧面泵浦源，不需要有水路，体积更小，结构也更紧凑。
3、在光路中使用两个长条形反射镜组来折叠光路，长条形反射镜被安装在电动转台上，可以在不增加元件的情况下，根据输入的脉冲宽度的变化实现自主控制位移以及转角，使其可用来放大不同激光脉宽的脉冲激光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，一种紧凑型脉冲激光放大器，包括入射调节组件部和循环放大组件部；入射调节组件部依次包括准直器1、二分之一波片I2、偏振片I3、旋光器4、二分之一波片II5；循环放大组件部依次包括全反射镜I17、全反射镜II16、偏振片II6、全反射镜III7、泵浦源8、全反射镜IV9、长条形反射镜组、全反射镜V12、四分之一波片13、电光调制器14和全反射镜VI15；长条形反射镜组包括相对平行间隔布置的长条形反射镜I10和长条形反射镜II11，长条形反射镜I10和长条形反射镜II11配合用于使射入的脉冲激光在两者之间多次来回反射从而增加光程和减小体积；入射的脉冲激光通过入射调节组件部后由二分之一波片II5射入偏振片II6，射入偏振片II6的脉冲激光经过偏振片II6和全反射镜VI15之间的各个部件后传输到全反射镜VI15上；电光调制器14加载电压后用作四分之一波片，使射入的脉冲激光在全反射镜I1和全反射镜VI15之间来回反射放大；电光调制器14不加载电压后，从全反射镜VI15反射出来的脉冲激光在经过偏振片II6后传输给二分之一波片II5，最后经过旋光器4后从偏振片I3射出。
作为进一步的实施例，所述长条形反射镜I10和所述长条形反射镜II11分别固定在电动转台(未图示)上，电动转台设置在电动导轨(未图示)上，电动转台用于带动所述长条形反射镜I10和所述长条形II11转动角度，电动导轨用于带动所述长条形反射镜I10和所述长条形II11相互靠近和远离。
作为进一步的实施例，所述电动转台包括台面和驱动台面旋转的旋转伺服电机，所述电动导轨滑包括滑轨、用于驱动电动转台沿滑轨移动的丝杆，丝杆端部传动连接丝杆电机。
作为进一步的实施例，射入和射出所述全反射镜II16的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜III7的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜IV9的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜V12的脉冲激光夹角为90度；所述全反射镜I17与射入所述全反射镜I17的脉冲激光垂直，所述全反射镜VI15与射入所述全反射镜VI15的脉冲激光垂直。
作为进一步的实施例，所述泵浦源8为采用风冷的LD侧面泵浦源。
作为进一步的实施例，所述偏振片I3和所述偏振片II6为薄膜偏振片；所述旋光器4为自由空间旋光器。
在光路中使用两个长条形反射镜组来折叠光路，长条形反射镜被安装在电动转台上，可以在不增加元件的情况下，根据输入的脉冲宽度的变化实现自主控制位移以及转角，使其可用来放大不同激光脉宽的脉冲激光。
本发明工作时，脉冲激光经过光纤准直器1准直后，依次经过二分之一波片I2，调节偏振方向至水平偏振，再经过偏振片I3起偏，经过旋光器4，偏振态转过45度，再经过二分之一波片II5，将偏振态转过45度，保持原有的说偏振态，输出到偏振片II6，经过全反射镜III7改变角度，进入泵浦源8进行放大增益，输出后经过全反射镜IV9改变传播方向，将其导入长条形反射镜I10边缘上的一点，调节长条形反射镜I10和长条形反射镜II11的角度，可以使得脉冲激光在两个长条形反射镜之间的反射次数不同，光经过多次反射后到全反射镜V12，全反射镜V12反射给四分之一波片13后，经过电光调制器14进行再生放大后传给全反射镜VI15，电光调制器14在加上电压的时候，其作用可以为二分之一波片或者四分之一波片，在这里我们让其实现四分之一波片的作用，再由最后一个全反射镜VI15反射，将脉冲激光反射沿原路返回，依次经过电光调制器14、四分之一波片13、全反射镜V12、长条形反射镜组、全反射镜IV9、泵浦源8、全反射镜III9，再由经过偏振片II6反射后进入全反射镜II16，经全反射镜II16改变角度后反射至一端的全反射镜I17，全反射镜I17将脉冲激光反射沿再原路返回，经过全反射镜II16、偏振片II6、全反射镜III7、泵浦源8、全反射镜IV9、长条形反射镜组、全反射镜V12、四分之一波片13、电光调制器14到达全反射镜VI15，全反射镜VI15再反射回全反射镜I17，只要电光调制器14加载电压，脉冲激光就在全反射镜I17和全反射镜VI15之间来回反射；当电光调制器14不加载电压后，从全反射镜VI15反射出来的脉冲激光经过依次经过电光调制器14、四分之一波片13、全反射镜V112、长条形反射镜组、全反射镜IV9，泵浦源8、全反射镜III7，再经过偏振片II6后传输给二分之一波5片II，最后经过旋光器4后从偏振片I3射出。
脉冲激光在长条形反射镜组之间的总光程计算如下：
长条形反射镜I和长条形反射镜II垂直间距为d，光进入长条形反射镜I的入射角为α/2，在长条形反射镜组之间的总光程可以表示为：
L＝Nd/cos(α/2)
其中N是长条形反射镜组之间反射光线的数量。
通过调节入射角α/2及间距d，可以实现再生放大腔的腔长的调节，从而可以在保证结构紧凑的情况下，可以放大的激光脉宽可以调节。特别是在需要放大脉宽较大的脉冲激光时候，优势尤为明显。
具体应用实例，当d＝25cm，α＝4°时，以及当d＝25cm，α＝8°时，通过上述公式计算得到，在角度α＝4°变化到α＝8°时，长条形反射镜上的反射点由原来的14个，减少至7个，中间的距离减少ΔL＝7*25cm，对应于α＝4°的情况，α＝8°可以放大的激光脉宽减少了11.7ns。
本发明布局合理，结构紧凑，其中引入长条形反射镜组，来多次反射增加光程，缩小整体光路尺寸，使得放大器的体积可以进一步的缩小，结构紧凑，便于集成。采用风冷LD侧面泵浦源，不需要有水路，体积更小，结构也更紧凑。增加电动转台和电动导轨后，可以根据输入的脉冲宽度的变化实现自主控制位移以及转角，使其可用来放大不同激光脉宽的脉冲激光。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种紧凑型脉冲激光放大器，其特征在于：
包括入射调节组件部和循环放大组件部；
入射调节组件部依次包括准直器、二分之一波片I、偏振片I、旋光器、二分之一波片II；
循环放大组件部依次包括全反射镜I、全反射镜II、偏振片II、全反射镜III、泵浦源、全反射镜IV、长条形反射镜组、全反射镜V、四分之一波片、电光调制器和全反射镜VI；长条形反射镜组包括相对平行间隔布置的长条形反射镜I和长条形反射镜II，长条形反射镜I和长条形反射镜II配合用于使射入的脉冲激光在两者之间多次来回反射从而增加光程和减小体积；入射的脉冲激光通过入射调节组件部后由二分之一波片II射入偏振片II，射入偏振片II的脉冲激光经过偏振片II和全反射镜VI之间的各个部件后传输到全反射镜VI上；电光调制器加载电压后用作四分之一波片，使射入的脉冲激光在全反射镜I和全反射镜VI之间来回反射放大；电光调制器不加载电压后，从全反射镜VI反射出来的脉冲激光在经过偏振片II后传输给二分之一波片II，最后经过旋光器后从偏振片I射出。
2.如权利要求1所述的一种紧凑型脉冲激光放大器，其特征在于：所述长条形反射镜I、所述长条形反射镜II和所述全反射镜V分别固定在电动转台上，电动转台设置在电动导轨上，电动转台用于带动所述长条形反射镜I、所述长条形II和所述全反射镜V转动角度，电动导轨用于带动所述长条形反射镜I、所述长条形II和所述全反射镜V移动位置。
3.如权利要求2所述的一种紧凑型脉冲激光放大器，其特征在于：所述电动转台包括台面和驱动台面旋转的旋转伺服电机，所述电动导轨滑包括滑轨、用于驱动电动转台沿滑轨移动的丝杆，丝杆端部传动连接丝杆电机。
4.如权利要求1所述的一种紧凑型脉冲激光放大器，其特征在于：射入和射出所述全反射镜II的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜III的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜IV的脉冲激光夹角为90度；射入和射出所述全反射镜V的脉冲激光夹角为90度；所述全反射镜I与射入所述全反射镜I的脉冲激光垂直，所述全反射镜VI与射入所述全反射镜VI的脉冲激光垂直。
5.如权利要求1所述的一种紧凑型脉冲激光放大器，其特征在于：所述泵浦源为采用风冷的LD侧面泵浦源。
6.如权利要求1所述的一种紧凑型脉冲激光放大器，其特征在于：所述偏振片I和所述偏振片II为薄膜偏振片；所述旋光器为自由空间旋光器。
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