CN113783094A - 一种端面泵浦激光多级再生放大系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种端面泵浦激光多级再生放大系统，包括单块激光晶体、信号光、泵浦光，激光晶体端面具有一个信号光输入窗口、多个泵浦光输入窗口和一个激光输出窗口。所述激光晶体的所述信号光输入窗口和所述激光输出窗口的区域设置有激光增透膜；所述激光晶体的所述多个泵浦光输入窗口区域设置有激光高反膜、泵浦光增透膜。本发明通过单块激光晶体实现端面泵浦方式激光再生放大，去除多余调整光路与光束整形的光学元件，输入良好光束质量的信号光与泵浦光，使得信号光在激光晶体中多次再生放大，实现放大激光的输出。同时，由于光学元件的减少与光程的缩短，也使得输出的放大激光保持良好的光束质量。

Description

一种端面泵浦激光多级再生放大系统
技术领域
本发明涉及固体激光器领域，具体而言属于一种端面泵浦激光多级再生放大系统。
背景技术
高功率、高能量脉冲在加工、医疗、军事、通信等各个领域应用越来越广泛，为了使激光器输出极高的能量或功率，仅靠激光振荡器来获取一般很困难，单纯提高激光器的输出功率或能量，和其他指标如光束发散角、单色性、脉冲宽度等要求互相矛盾。利用调Q技术或锁模技术，可获得极高峰值功率，但是这种高峰值功率激光器实际上所输出的能量并不大。因此，为了获得性能优良的高能量激光，应用激光放大技术是一种最佳方法。
现有固体激光的放大器有单程行波放大和多程再生放大等结构形式，单程行波放大对激光工作物质的尺寸要求不高，结构简单、紧凑，适合于工程应用，故在工程中一般将激光器设计为单程行波放大形式。而再生放大技术由于其效率高、单脉冲能量大以及可靠性高等显著优点，已成为激光微加工行业的理想加工工具，并在人造卫星激光测距、非线性频率变换、国防建设、科学研究等众多领域得到越来越广泛的应用。
对于多程再生放大的方式，现阶段固体激光器的多级再生放大器往往需要使用多块激光晶体，且需配合使用多个光学元件（如45°高反镜、透镜等）来进行光路调整、光束整形，使得光路繁琐，调试复杂，时间成本与物料成本耗费较大；而且激光在现有的多级再生放大系统中经过了多个光学元件，光程较长，使得最终的光束质量难以保证；同时现有多程再生放大器本身庞大的体系结构，也势必将增加系统的噪声。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种新型端面泵浦激光多级再生放大系统，技术方案如下。
一种端面泵浦激光多级再生放大系统，包括单块激光晶体，激光晶体端面具有一个信号光输入窗口、多个泵浦光输入窗口和一个激光输出窗口，信号光从信号光输入窗口进入所述单块激光晶体，在激光晶体内被多次反射，经所述激光输出窗口透射出所述单块激光晶体，泵浦光从所述多个泵浦光输入窗口进入所述单块激光晶体，对信号光进行放大。
优选的，所述信号光输入窗口和所述激光输出窗口设置有激光增透膜；所述多个泵浦光输入窗口设置有激光高反膜、泵浦光增透膜。
优选的，在激光晶体上镀膜，在激光晶体上对应所述信号光输入窗口、激光输出窗口的区域镀有激光增透膜，在激光晶体上对应多个泵浦光输入窗口的区域镀激光高反膜、泵浦光增透膜。
优选的，所述激光晶体在所述信号光输入窗口、激光输出窗口以及多个泵浦光输入窗口分别设置光学基片，在所述信号光输入窗口、激光输出窗口的光学基片镀激光增透膜，所述多个泵浦光输入窗口的光学基片的靠近和远离激光晶体的两面均镀有泵浦光增透膜，所述多个泵浦光输入窗口的光学基片靠近所述激光晶体的一面镀有激光高反膜。
优选的，镀于所述激光晶体或光学基片上的所述激光高反膜，可对特定角度入射的激光实现高反。
优选的，所述信号光由所述信号光输入窗口进入激光晶体，在激光晶体内经过多次反射，且所经光路与泵浦光光路同轴。
优选的，所述泵浦光经过所述泵浦光输入窗口进入激光晶体后，与激光晶体内经过的所述信号光同轴。
本发明通过单块激光晶体实现端面泵浦方式激光再生放大，去除多余调整光路与光束整形的光学元件，输入良好光束质量的信号光与泵浦光，使得信号光在激光晶体中多次再生放大，实现放大激光的输出。同时，由于光学元件的减少与光程的缩短，也使得输出的放大激光保持良好的光束质量。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种端面泵浦激光多级再生放大系统的原理图。
图2为本发明中一种端面泵浦激光多级再生放大系统的一个具体实施例结构图。
图3为本发明中光学基片的镀膜方式图。
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作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。
图1为本发明提供的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，包括单块激光晶体，激光晶体端面具有一个信号光输入窗口、多个泵浦光输入窗口和一个激光输出窗口，信号光从信号光输入窗口进入所述单块激光晶体，在激光晶体内经过多次反射，从所述激光输出窗口透射出所述单块激光晶体，泵浦光从所述多个泵浦光输入窗口进入所述单块激光晶体，对信号光进行多级再生放大。
在本实施例中，依据固体激光器再生放大要实现的目标参数，进行光学设计、光学模拟，得出激光晶体信号光输入窗口尺寸范围、泵浦光输入窗口位置及范围、输出激光窗口位置及范围。
利用镀膜技术，可直接在激光晶体的镀膜面进行镀膜，信号光输入窗口与激光输出窗口镀膜为激光增透膜；在其它区域，镀膜为泵浦光增透膜与激光高反膜。
考虑到激光晶体的成本较高，也可选择在激光晶体的两个端面设置光学基片，在光学基片上镀膜。在放大过程中，如果出现光学膜层被损坏的情况，直接更换晶体两侧镀有膜层的光学基片即可，不需要更换晶体。
具体的，可在激光晶体信号光输入窗口和激光输出窗口的对应区域设置光学基片，可使用玻璃、石英等基材作为光学基片，在光学基片上进行镀膜，镀膜为激光增透膜。而激光晶体对应泵浦光输入窗口的区域，如图2所示，同样设置光学基片，镀膜为泵浦光增透膜和激光高反膜。泵浦光输入窗口具体的镀膜方式如图3所示，在光学基片的靠近和远离激光晶体的两面均镀泵浦光增透膜，在靠近激光晶体的一面镀激光高反膜。泵浦光在激光晶体内的传输过程如说明书附图1、2所示，泵浦光从激光晶体的一侧进入晶体，通过在远离激光晶体的一侧镀泵浦光增透膜，提高泵浦光的透过效率，使得信号光可以更多提取泵浦光的能量，泵浦光沿入射方向穿过激光晶体，最后从激光晶体的另一侧出射，在激光晶体的出射面上，对靠近激光晶体的一面镀泵浦光增透膜，可以将泵浦光在激光晶体传输过程中未被信号光提取的部分及时透射出激光晶体，避免在晶体内产生热效应而损伤激光晶体。由于泵浦光从激光晶体的两侧均入射进入激光晶体，因此在激光晶体的两侧，每一侧远离和靠近激光晶体的表面，均镀有泵浦光增透膜。
根据本实施例中的设置，在放大过程中，光束整形后的信号光，由信号光输入窗口进入，将在激光晶体的两个端面或光学基片内表面进行多次反射，所经光路与晶体内的各束泵浦光同轴，最终由激光输出窗口输出。
激光输出窗口为信号光与再生放大后激光的唯一输出窗口，作为唯一功率测试位置。
光束整形后的泵浦光，在放大过程中，由泵浦光输入窗口进入，此位置应为信号光在晶体内进行反射的位置，进入晶体后泵浦光应与此位置反射后的信号光同轴，实现激光再生放大。
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 (7)

1.一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，包括单块激光晶体，激光晶体端面具有一个信号光输入窗口、多个泵浦光输入窗口和一个激光输出窗口，信号光从信号光输入窗口进入所述单块激光晶体，在所述单块激光晶体内被多次反射，经所述激光输出窗口透射出所述单块激光晶体，泵浦光从所述多个泵浦光输入窗口进入所述单块激光晶体，对信号光进行放大。
2.根据权利要求1所述的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，所述信号光输入窗口和所述激光输出窗口设置有激光增透膜；所述多个泵浦光输入窗口设置有激光高反膜和泵浦光增透膜。
3.根据权利要求2所述的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，在激光晶体上镀膜：在激光晶体上对应所述信号光输入窗口、激光输出窗口的区域镀有激光增透膜，在激光晶体上对应多个泵浦光输入窗口的区域镀激光高反膜、泵浦光增透膜。
4.根据权利要求2所述的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，所述激光晶体在所述信号光输入窗口、激光输出窗口以及多个泵浦光输入窗口分别设置光学基片，在所述信号光输入窗口、激光输出窗口的光学基片镀激光增透膜，所述多个泵浦光输入窗口的光学基片的靠近和远离激光晶体的两面均镀有泵浦光增透膜，所述多个泵浦光输入窗口的光学基片靠近所述激光晶体的一面镀有激光高反膜。
5.根据权利要求2-4任一项所述的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，镀于所述激光晶体或光学基片上的所述激光高反膜，可对特定角度入射的激光实现高反。
6.根据权利要求1所述的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，所述信号光由所述信号光输入窗口进入激光晶体，在激光晶体内经过多次反射，且所经光路与泵浦光光路同轴。
7.根据权利要求1或6所述的一种端面泵浦激光多级再生放大系统，其特征在于，所述泵浦光经过所述泵浦光输入窗口进入激光晶体后，与激光晶体内经过的所述信号光同轴。
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