CN114498257A - 一种四程板条激光放大系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四程板条激光放大系统，利用板条晶体作为放大增益介质，并采用四程放大的方式，同单程放大相比，大大提高了种子光对泵浦光抽运效率，将种子光放大到同样能量所需要的装置更少，体积更小，由于四程抽运的方式，使种子光能够抽运更多的泵浦光能量，所剩余的能量将会大大减少，从而减少废热的产生，使得板条温度更加均匀，从而减少热透镜、热致双折射、热应力等效应对光斑的影响。
Description
技术领域
本发明属于非线性光学技术领域，具体涉及一种四程板条激光放大系统。
背景技术
自上世纪60年代世界上第一台红宝石激光器诞生，以固体激光材料为增益介质的激光器得到迅猛发展，固体激光器一直是科研人员进行研究的重点，因为其具有体积小、可靠性高、峰值功率高、光束质量好、结构紧凑、效率高、寿命长等优点。更多的新材料被用于制造激光器。使LD泵浦固体激光器得到迅猛发展。峰值功率高、脉冲宽度窄的固体激光器应用十分广泛，如激光测距、信息处理、激光通信、科研等方面，激光技术在社会经济发展中所占比重逐年增加。
早些年常见的固体激光晶体几何形状通常为圆棒状，在泵浦源泵浦时晶体内部能量不是均匀分布的。棒状增益介质在长时间工作时，由于其低的能量利用率，而导致热负载严重，又因为棒状激光器中心散热较差，相当大的泵浦光能量转化为废热，沉积于激光增益介质内中心温度高，边缘温度低，在径向上温度变化成阶梯状，棒状激光器一般为侧面散热，导致晶体散热不均匀。增益介质在径向上存在温度差异，导致径向折射率的不同，引起热透镜效应，并伴随有热致双折射、热应力、衍射损耗等现象，将会影响了激光器的性能，导致输出能量下降，严重时引起晶体炸裂。
为了改善棒状激光晶体热效应带来的问题，板条状激光晶体被科研人员所重视。板条状激光器，指的是增益介质为长板条形，与圆棒状增益介质相比，只是形状有所不同，激光在不同能级之间的跃迁仍然相同。工作物质通常加工成长方体，厚度方向几个毫米，在垂直激光振荡方向进行压缩。板条激光器在由温度引起的热畸变改善方便表现优异，提高了激光器的整体性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种四程板条激光放大系统，能够更加充分的抽运泵浦光的能量，输出更大功率激光。
一种四程板条激光放大系统，包括可调谐激光器(1)、偏振片(9)、板条晶体(10)、第三反射镜(11)、第四反射镜(12)、第五反射镜(13)、第六反射镜(14)、四分之一波片(16)以及0°反射镜(17)；
可调谐激光器(1)用于提供P偏振种子光，种子光透过偏振片(9)射进板条晶体(10)，完成第一程放大，完成第一程放大的光束依次被反射镜(11)和反射镜(12)反射后进入板条晶体(10)中完成第二程放大，完成第二程放大的光通过被反射镜(13)和反射镜(14)反射镜传入四分之一波片(16)中，将P偏振光转换成圆偏振光，通过0°反射镜(17)将光再次反射进四分之一波片(16)中，再次传入第六反射镜(14)中，经过第六反射镜(14)和第五反射镜(13)，将光束传入板条晶体(10)中，完成第三程放大，经过三程放大的光束被第四反射镜(12)和第三反射镜(11)将光束再次反射进板条晶体(10)中，完成第四程放大，最后通过偏振片(9)反射输出。
进一步的，还包括第一法拉第旋转隔离器(2)、扩束系统(3)、整形系统(5)、第一空间滤波器(7)、第二法拉第旋转隔离器(8)；从可调谐激光器(1)出来的种子光通过第一法拉第旋转隔离器(2)后进入扩束系统(3)，扩束系统将光斑直径扩大后，反射镜(4)将光束反射进整形系统(5)，经过整形系统(5)将光整形成竖直椭圆型；经过整形的光束进第一空间滤波器(7)中，再经由第二法拉第旋转隔离器(8)进入偏振片(9)中。
进一步的，还包括第二空间滤波器(15)，置于第六反射镜(14)与四分之一波片(16)之间的光路中。
较佳的，第二空间滤波器(15)由真空管中设置的焦距相等、且共焦点的凸透镜(15-1)和凸透镜(15-2)构成。
较佳的，扩束系统(3)由凹透镜和凸透镜的组合。
较佳的，整形系统(5)由柱凸透镜和柱凹透镜组成。
较佳的，第一空间滤波器(7)由真空管中设置的焦距相等、且共焦点的第一凸透镜(7-1)和第二凸透镜(7-2)构成。
较佳的，所述板条晶体(10)为双端泵浦，且侧面泵浦面镀808nm高透膜，激光入射面镀1064nm高透膜，泵浦光为808nm连续光。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种四程板条激光放大系统，利用板条晶体作为放大增益介质，并采用四程放大的方式，同单程放大相比，大大提高了种子光对泵浦光抽运效率，将种子光放大到同样能量所需要的装置更少，体积更小，由于四程抽运的方式，使种子光能够抽运更多的泵浦光能量，所剩余的能量将会大大减少，从而减少废热的产生，使得板条温度更加均匀，从而减少热透镜、热致双折射、热应力等效应对光斑的影响。
附图说明
图1为本发明的四程板条激光放大系统的结构示意图。
1-可调谐激光器；2-第一法拉第旋转隔离器；3-扩束系统；4-第一反射镜；5-整形系统；6-第二反射镜；7-第一空间滤波器；7-1-第一凸透镜；7-2-第二凸透镜；8-第二法拉第旋转隔离器；9-偏振片；10-板条晶体；11-第三反射镜；12-第四反射镜；13-第五反射镜；14-第六反射镜；15-第二空间滤波器；15-1-第三凸透镜；15-2-第四凸透镜；16-四分之一波片；17-0°反射镜。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见图1，四程板条激光放大系统包括：可调谐激光器1、第一法拉第旋转隔离器2、扩束系统3、第一反射镜4、整形系统5、第二反射镜6、第一空间滤波器7、第二法拉第旋转隔离器8、偏振片9、板条晶体10、第三反射镜11、第四反射镜12、第五反射镜13、第六反射镜14、第二空间滤波器15、四分之一波片16、0°反射镜17；其中：第一空间滤波器7由凸透镜7-1和凸透镜7-2组成，第二空间滤波器15由凸透镜15-1和凸透镜15-2组成。
可调谐激光器1为连续脉冲、准连续脉冲或脉冲运转，提供P偏振种子光，种子光通过第一法拉第旋转隔离器2后进入扩束系统3，扩束系统将光斑直径扩大后，反射镜4将光束反射进整形系统5，经过整形系统5将光整形成竖直椭圆型，且大小恰好能从板条中穿过的光斑。
其中，法拉第旋转隔离器和是由法拉第旋光器和偏振晶体组成的，其能有效的隔离波长为1064nm的返回光。扩束系统3是由凹透镜和凸透镜的组合，整形系统5是由柱凸透镜和柱凹透镜组成。
经过整形的光束通过反射镜6反射进第一空间滤波器7中，通过第一凸透镜7-1和第二凸透镜7-2将像传入第二法拉第旋转隔离器8中。
其中，第一空间滤波器7用于像传递以及滤波，是由真空管中设置的焦距相等、且共焦点的第一凸透镜7-1和第二凸透镜7-2构成。
从第一空间滤波器7出射的P偏振种子光透过偏振片8射进板条晶体10，完成第一程放大，完成第一程放大的光束被反射镜11和反射镜12再次反射进板条中完成第二程放大，完成第二程放大的光通过被反射镜13和反射镜14反射镜第二空间滤波器中，通过第三凸透镜15-1和第四凸透镜15-2将像传入四分之一波片16中，将P偏振光转换成圆偏振光，通过0°反射镜17将光原路反射回四分之一波片16中，圆偏振光变成S偏振光，再次经过第四凸透镜15-2和第三凸透镜15-1将像传入第六反射镜14中，经过第六反射镜14和第五反射镜13，将光束传入板条晶体10中，完成第三程放大，经过三程放大的光束被第四反射镜12和第三反射镜11将光束再次反射进板条晶体10中，完成第四程放大，S偏振光无法透过偏振片9，最后通过偏振片9反射输出。
其中，第二空间滤波器由真空管中设置的焦距相等、且共焦点的凸透镜15-1和凸透镜15-2构成。
所述板条为双端泵浦，且侧面泵浦面镀808nm高透膜，激光入射面镀1064nm高透膜，泵浦光为808nm连续光。
在板条晶体中，光束四程放大原理如下：
当泵浦光照射进板条晶体中时，将会吸收通过板条两个端面射入板条中泵浦光的能量，放大自身的能量，通过第一程抽运后，放大后的种子光将会被反射镜组反射进板条中，再次抽运泵浦光的能量，完成第二次放大。经过二次放大的种子光，通过反射镜组反射进二分之一波片和0°反射镜中，在将光束原路返回的同时，将P偏振光，转化成S偏振光，再次入射进板条晶体中抽运泵浦光能量，完成第三程放大。经过三程放大的种子光，再次通过反射镜组反射进板条晶体中，完成第四程放大。最后被偏振片反射出整个系统。
综上所述，本发明首先提出四程板条激光放大系统，充分吸收利用了泵浦光的能量，提高了泵浦光的利用效率，在同一级板条中通过四程，在有效的减少了整个激光的体积的同时，可以将种子光放大到更高的能量或者更高的功率，有利于激光的集成。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (8)
1.一种四程板条激光放大系统，其特征在于，包括可调谐激光器(1)、偏振片(9)、板条晶体(10)、第三反射镜(11)、第四反射镜(12)、第五反射镜(13)、第六反射镜(14)、四分之一波片(16)以及0°反射镜(17)；
可调谐激光器(1)用于提供P偏振种子光，种子光透过偏振片(9)射进板条晶体(10)，完成第一程放大，完成第一程放大的光束依次被反射镜(11)和反射镜(12)反射后进入板条晶体(10)中完成第二程放大，完成第二程放大的光通过被反射镜(13)和反射镜(14)反射镜传入四分之一波片(16)中，将P偏振光转换成圆偏振光，通过0°反射镜(17)将光再次反射进四分之一波片(16)中，再次传入第六反射镜(14)中，经过第六反射镜(14)和第五反射镜(13)，将光束传入板条晶体(10)中，完成第三程放大，经过三程放大的光束被第四反射镜(12)和第三反射镜(11)将光束再次反射进板条晶体(10)中，完成第四程放大，最后通过偏振片(9)反射输出。
2.如权利要求1所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，还包括第一法拉第旋转隔离器(2)、扩束系统(3)、整形系统(5)、第一空间滤波器(7)、第二法拉第旋转隔离器(8)；从可调谐激光器(1)出来的种子光通过第一法拉第旋转隔离器(2)后进入扩束系统(3)，扩束系统将光斑直径扩大后，反射镜(4)将光束反射进整形系统(5)，经过整形系统(5)将光整形成竖直椭圆型；经过整形的光束进第一空间滤波器(7)中，再经由第二法拉第旋转隔离器(8)进入偏振片(9)中。
3.如权利要求2所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，还包括第二空间滤波器(15)，置于第六反射镜(14)与四分之一波片(16)之间的光路中。
4.如权利要求2所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，第二空间滤波器(15)由真空管中设置的焦距相等、且共焦点的凸透镜(15-1)和凸透镜(15-2)构成。
5.如权利要求2所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，扩束系统(3)由凹透镜和凸透镜的组合。
6.如权利要求2所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，整形系统(5)由柱凸透镜和柱凹透镜组成。
7.如权利要求2所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，第一空间滤波器(7)由真空管中设置的焦距相等、且共焦点的第一凸透镜(7-1)和第二凸透镜(7-2)构成。
8.如权利要求1或2所述的一种四程板条激光放大系，其特征在于，所述板条晶体(10)为双端泵浦，且侧面泵浦面镀808nm高透膜，激光入射面镀1064nm高透膜，泵浦光为808nm连续光。
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