CN113809627B - 一种激光放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光放大器，包括位于主光轴上的第一泵浦激光器和第二泵浦激光器，还包括位于第一泵浦激光器与第二泵浦激光器之间、且沿主光轴依次排列的第一泵浦激光耦合系统、第一平平镜、由激光工作介质构成的第一虚拟热透镜、第二平平镜、聚焦透镜、第三平平镜、由激光工作介质构成的第二虚拟热透镜、第四平平镜和第二泵浦激光耦合系统，还包括第一全反镜、第二全反镜、入射端和出射端。入射端入射的种子激光经过第一虚拟热透镜和第二虚拟热透镜放大后经过出射端射出。本申请技术方案较多级放大而言简化了结构，从而以较低的成本实现了对激光的放大。

Description

一种激光放大器

技术领域

本申请涉及激光技术领域，更具体地说，涉及一种激光放大器。

背景技术

全固态激光器由于光束质量高、结构紧凑、系统稳定等特点广泛应用于工业加工、医学、通信以及国防军事等领域。但全固态激光器因其腔的损耗大、模体积小等原因，导致其输出功率无法满足实际应用。为了提高功率或能量，需要使用激光放大器对激光的能量进行放大，以便获得较高的激光且保持激光的光束质量不变。目前的激光放大器一般采用多级放大方式，系统体积庞大，从而导致其成本较高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种激光放大器，用于以较低的成本实现激光的放大。

为了实现所述目的，现提出的方案如下：

一种激光放大器，包括位于主光轴上的第一泵浦激光器和第二泵浦激光器，还包括位于所述第一泵浦激光器与所述第二泵浦激光器之间、且沿所述主光轴依次排列的第一泵浦激光耦合系统、第一平平镜、由激光工作介质构成的第一虚拟热透镜、第二平平镜、聚焦透镜、第三平平镜、由所述激光工作介质构成的第二虚拟热透镜、第四平平镜和第二泵浦激光耦合系统，还包括第一全反镜、第二全反镜、入射端和出射端、其中：

所述第一泵浦激光器与所述第二泵浦激光器位于所述主光轴的两端，且彼此朝向对方；

所述第一泵浦激光器发出的第一泵浦光依次透过所述第一泵浦激光耦合系统、所述第一平平镜、所述第一虚拟热透镜、所述第二平平镜、所述聚焦透镜、所述第三平平镜后射入所述第二虚拟热透镜；

所述第二泵浦激光器发出的第二泵浦光依次透过所述第二泵浦激光耦合系统、所述第四平平镜、所述第二虚拟热透镜、所述第三平平镜、所述聚焦透镜、所述第二平平镜后射入所述第一虚拟热透镜；

所述第一平平镜朝向所述第一虚拟热透镜的一侧用于将从所述入射端射入的种子激光全发射至所述第一虚拟热透镜；

所述第二平平镜朝向所述第一虚拟热透镜的一侧用于将射出的种子激光全反射到所述第一全反镜上，所述第二全反镜将从所述第一全反镜上射来的种子激光全反射到所述第三平平镜的朝向所述第二虚拟热透镜的一侧；

所述第三平平镜用于将所述种子激光全发射至所述第二虚拟热透镜，所述第四平平镜朝向所述第二虚拟热透镜的一侧用于将从所述第二虚拟热透镜中射出的完成放大的激光束全反射到所述出射端。

可选的，所述第一泵浦光在所述第一虚拟热透镜中被部分吸收后，在所述第二虚拟热透镜中被完全吸收。

可选的，所述第二泵浦光在所述的第二虚拟热透镜中被部分吸收后，在所述第一虚拟热透镜中被完全吸收。

可选的，所述第一虚拟热透镜的焦距与所述第二虚拟热透镜的焦距之和，等于所述种子激光从所述第一虚拟热透镜的主平面到所述第二虚拟热透镜的主平面的总光程。

可选的，所述第一虚拟热透镜的焦距与所述第二虚拟热透镜的焦距相同。

可选的，所述第一泵浦激光耦合系统包括第一平凸透镜和第二平凸透镜，其中：

所述第一平凸透镜的平面朝向所述第一泵浦激光器、凸面朝向所述第二平凸透镜；

所述第二平凸透镜的凸面朝向所述第一平凸透镜、平面朝向所述第一平平镜。

可选的，所述第二泵浦激光耦合系统包括第三平凸透镜和第四平凸透镜，其中：

所述第三平凸透镜的凸面朝向所述第四平凸透镜、平面朝向所述第四平平镜；

所述第四平凸透镜的平面朝向所述第二泵浦激光器、凸面朝向所述第三平凸透镜。

从所述的技术方案可以看出，本申请公开了一种激光放大器，包括位于主光轴上的第一泵浦激光器和第二泵浦激光器，还包括位于第一泵浦激光器与第二泵浦激光器之间、且沿主光轴依次排列的第一泵浦激光耦合系统、第一平平镜、由激光工作介质构成的第一虚拟热透镜、第二平平镜、聚焦透镜、第三平平镜、由激光工作介质构成的第二虚拟热透镜、第四平平镜和第二泵浦激光耦合系统，还包括第一全反镜、第二全反镜、入射端和出射端。入射端入射的种子激光经过第一虚拟热透镜和第二虚拟热透镜放大后经过出射端射出。本申请技术方案较多级放大而言简化了结构，从而以较低的成本实现了对激光的放大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例的一种激光放大器的结构图；

图2为本申请实施例的激光放大器的焦距示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例的一种激光放大器的结构图。

如图1所示，本实施例提供的激光放大器用于对入射的种子激光进行放大，得到经过放大处理后的激光束。该激光放大器包括位于主光轴上的第一泵浦激光器1和第二泵浦激光器13，还包括位于第一泵浦激光器与第二泵浦激光器之间、且沿主光轴依次排列的第一泵浦激光耦合系统2、第一平平镜3、第一虚拟热透镜4、第二平平镜5、聚焦透镜7、第三平平镜8、第二虚拟热透镜10、第四平平镜11和第二泵浦激光耦合系统12，还包括第一全反镜6、第二全反镜9、入射端Laser in和出射端Laser out。

第一泵浦激光器与所述第二泵浦激光器位于所述主光轴的两端，且彼此朝向对方，即每个泵浦激光器的激光发射端朝向彼此的激光发射端。第一泵浦激光器发出的第一泵浦光依次透过第一泵浦激光耦合系统、第一平平镜、第一虚拟热透镜、第二平平镜、聚焦透镜、第三平平镜后射入第二虚拟热透镜。

该第一平平镜和第二平平镜的平面与主光轴分别成一定的角度，本申请优选45°，且其性质为对泵浦波长高度透射对激光波长高度反射，因此，第一泵浦光分经过第一泵浦激光耦合系统后被耦合到该第一虚拟热透镜。第一虚拟热透镜由激光工作介质构成，其激光工作介质的发射波长及光谱宽度与该种子激光的中心波长和光谱宽度相匹配。第一泵浦光进入到该第一虚拟热透镜后被部分吸收，作为对种子激光进行放大的激励源。

第一泵浦光经过第一虚拟热透镜部分吸收后，经过第二平平镜和第三平平镜进入第二虚拟热透镜被完全吸收。第三平平镜同样对泵浦波长高度透射而对激光波长高度反射。

本实施例中的第一泵浦激光耦合系统包括第一平凸透镜201和第二平凸透镜202。该第一平凸透镜的平面朝向第一泵浦激光器、凸面朝向第二平凸透镜；第二平凸透镜的凸面朝向第一平凸透镜、平面朝向该第一平平镜。

该第四平平镜与主光轴同样成一定的角度，本申请优选45°，且其性质为对泵浦波长高度透射而对激光波长高度反射，因此，第二泵浦光分经过第二泵浦激光耦合系统后被耦合到该第二虚拟热透镜。第二虚拟热透镜由激光工作介质构成，其激光工作介质的发射波长及光谱宽度与该种子激光的中心波长和光谱宽度相匹配。第二泵浦光进入到该第二虚拟热透镜后被部分吸收，作为对种子激光进行放大的激励源。

第二泵浦光经过第二虚拟热透镜部分吸收后，经过第三平平镜和第二平平镜进入第一虚拟热透镜被完全吸收。

本实施例中的第二泵浦激光耦合系统包括第三平凸透镜121和第四平凸透镜122。该第四平凸透镜的平面朝向第二泵浦激光器、凸面朝向第三平凸透镜；第三平凸透镜的凸面朝向第四平凸透镜、平面朝向该第四平平镜。

第一平平镜一侧朝向第一泵浦激光器、另一侧朝向第一虚拟热透镜，其中，朝向第一虚拟热透镜的一侧会对种子激光产生全反射。该入射端在接收到被射入的种子激光后，种子激光被第一平平镜全反射进第一虚拟热透镜。

第一虚拟热透镜基于第一泵浦光的激励对种子激光的功率进行第一次放大处理，经过放大处理后的种子激光被反射到第二平平镜。第二平平镜朝向第一虚拟热透镜的一侧会将出射的种子激光全反射到第一全反镜上，第一全反镜将种子激光反射到第二全反镜上、第二全反镜则将种子激光反射到第三平平镜朝向第二虚拟热透镜的一侧。第三平平镜将会将入射的种子激光全反射到第二虚拟热透镜中，以使第二虚拟热透镜对种子激光的功率再次放大处理。第四平平镜朝向第二虚拟热透镜的一侧用于将从第二虚拟热透镜中射出的完成放大的激光束全反射到出射端。即出射端射出的激光束为经过放大的种子激光，两者的功率不同，但是波长保持一致。

从上述技术方案中可以看出，本实施例提供了一种激光放大器，包括位于主光轴上的第一泵浦激光器和第二泵浦激光器，还包括位于第一泵浦激光器与第二泵浦激光器之间、且沿主光轴依次排列的第一泵浦激光耦合系统、第一平平镜、由激光工作介质构成的第一虚拟热透镜、第二平平镜、聚焦透镜、第三平平镜、由激光工作介质构成的第二虚拟热透镜、第四平平镜和第二泵浦激光耦合系统，还包括第一全反镜、第二全反镜、入射端和出射端。入射端入射的种子激光经过第一虚拟热透镜和第二虚拟热透镜放大后经过出射端射出。本申请技术方案较多级放大而言简化了结构，从而以较低的成本实现了对激光的放大。

在本实施例的一个具体实施方式中，该第一虚拟热透镜的焦距F与第二虚拟热透镜的焦距F之和，等于种子激光从第一虚拟热透镜的主平面A到第二虚拟热透镜的主平面C的总光程，如图2所示，一般来说，最好使第一虚拟热透镜的焦距与第二虚拟热透镜的焦距相同。

第一虚拟热透镜和第二虚拟热透镜的焦距通过下式可以得到：

F=L1+L2+L3

虚拟热透镜的焦距是其吸收泵浦光的函数，在构成虚拟热透镜的激光工作介质一定的情况下，通过改变L2可以动态补偿虚拟热透镜的焦距，能够始终保持激光束的高质量输出。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种激光放大器，其特征在于，包括位于主光轴上的第一泵浦激光器和第二泵浦激光器，还包括位于所述第一泵浦激光器与所述第二泵浦激光器之间、且沿所述主光轴依次排列的第一泵浦激光耦合系统、第一平平镜、由激光工作介质构成的第一虚拟热透镜、第二平平镜、聚焦透镜、第三平平镜、由所述激光工作介质构成的第二虚拟热透镜、第四平平镜和第二泵浦激光耦合系统，还包括第一全反镜、第二全反镜、入射端和出射端；其中：

所述第一泵浦激光器与所述第二泵浦激光器位于所述主光轴的两端，且彼此朝向对方；

所述第一泵浦激光器发出的第一泵浦光依次透过所述第一泵浦激光耦合系统、所述第一平平镜、所述第一虚拟热透镜、所述第二平平镜、所述聚焦透镜、所述第三平平镜后射入所述第二虚拟热透镜；

所述第二泵浦激光器发出的第二泵浦光依次透过所述第二泵浦激光耦合系统、所述第四平平镜、所述第二虚拟热透镜、所述第三平平镜、所述聚焦透镜、所述第二平平镜后射入所述第一虚拟热透镜；

所述第一平平镜朝向所述第一虚拟热透镜的一侧用于将从所述入射端射入的种子激光全反射至所述第一虚拟热透镜；

所述第二平平镜朝向所述第一虚拟热透镜的一侧用于将射出的种子激光全反射至所述第一全反镜上，所述第二全反镜将从所述第一全反镜上射来的种子激光全反射到所述第三平平镜的朝向所述第二虚拟热透镜的一侧；

所述第三平平镜用于将所述种子激光全反射至所述第二虚拟热透镜，所述第四平平镜朝向所述第二虚拟热透镜的一侧用于将从所述第二虚拟热透镜中射出的完成放大的激光束全反射至所述出射端。

2.如权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述第一泵浦光在所述第一虚拟热透镜中被部分吸收后，在所述第二虚拟热透镜中被完全吸收。

3.如权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述第二泵浦光在所述的第二虚拟热透镜中被部分吸收后，在所述第一虚拟热透镜中被完全吸收。

4.如权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述第一虚拟热透镜的焦距与所述第二虚拟热透镜的焦距之和，等于所述种子激光从所述第一虚拟热透镜的主平面到所述第二虚拟热透镜的主平面的总光程。

5.如权利要求4所述激光放大器，其特征在于，所述第一虚拟热透镜的焦距与所述第二虚拟热透镜的焦距相同。

6.如权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述第一泵浦激光耦合系统包括第一平凸透镜和第二平凸透镜，其中：

所述第一平凸透镜的平面朝向所述第一泵浦激光器、凸面朝向所述第二平凸透镜；

所述第二平凸透镜的凸面朝向所述第一平凸透镜、平面朝向所述第一平平镜。

7.如权利要求1所述的激光放大器，其特征在于，所述第二泵浦激光耦合系统包括第三平凸透镜和第四平凸透镜，其中：

所述第三平凸透镜的凸面朝向所述第四平凸透镜、平面朝向所述第四平平镜；

所述第四平凸透镜的平面朝向所述第二泵浦激光器、凸面朝向所述第三平凸透镜。

Images