CN117477331A - 一种微增益叠程放大装置及相位补偿、模式匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微增益叠程放大装置及相位补偿、模式匹配方法，微增益叠程放大装置包括种子源、泵浦模块、增益介质、腔镜；种子光在增益介质中经过第一次和第二次的多程反射放大输出，可以实现微增益介质放大；通过在校正腔镜上每个激光的入射区域镀有高反膜，镀有高反膜的区域小于对应激光到达区域，以实现激光与放大器的模式匹配，以抑制像差、像散及自发辐射，提高光束质量。通过将校正腔镜多个区域设置不同面型曲率，来补偿相位畸变，取得最优化的光束质量校正效果，提高光束质量。本发明采用相位补偿及模式匹配的方式，多次对激光光束质量控制，能够有效避免多程放大像差积累问题，取得最优化的光束质量校正效果。

Description

一种微增益叠程放大装置及相位补偿、模式匹配方法

技术领域

本发明涉及激光放大器技术领域，尤其涉及一种微增益叠程放大装置及相位补偿、模式匹配方法。

背景技术

随着激光技术的发展，高功率高光束质量的激光成为人们追求的目标，同时激光装置也逐渐走向结构紧凑的发展方向。1998年德国Fraunhofer Institute for LaserTechnology（夫朗和费激光技术研究所）的杜克明等人提出部分端泵多程直通板条放大器（Innoslab放大器）。板条放大器对板条增益介质的大面进行冷却，制冷效果好，热效应小，适用于较大功率的激光放大。对于增益系数较小的激光材料，叠程放大技术已经被广泛应用，大大的简化了放大光路的结构。

但是，在超多程高功率板条激光放大器中，随着功率的提升会面临着严峻的热管理问题，存在热积累、热畸变等问题，引起输出激光光束质量发生恶化；因放大系统中含有多个光学表面，激光束在系统中的传播路径相当复杂，光学表面多次残余反射是这类系统中杂散光与“重影”的主要来源；由于放大腔内功率密度较高，即使是杂散光也会造成光学元件产生热形变，引起波前畸变，使光束发散角增大，严重影响激光功率和光束质量的提升。因此，在不断提高激光器输出功率的同时，如何保证激光的高光束质量一直受到研究人员的重视。

发明内容

（一）发明目的

本发明的目的是提供一种微增益叠程放大装置及微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法，采用叠程板条激光放大技术实现激光功率的提升，同时采用腔内相位补偿、模式匹配的方式对激光光束质量进行控制，与现有技术相比，结构紧凑，能够实现功率有效放大，同时避免多程放大像差积累问题，取得最优化的光束质量校正效果，适用于超多程高功率放大激光光束质量控制。

（二）技术方案

为解决上述问题，第一方面本发明提供了一种微增益叠程放大装置，包括：

包括：种子源、泵浦模块、增益介质、腔镜；

泵浦模块设置于增益介质的一侧，用于提供泵浦光；

腔镜包括设置于增益介质两侧的第一腔镜和第二腔镜，其中第一腔镜设置于增益介质远离泵浦模块的一侧；

种子源产生的种子激光穿过由泵浦模块泵浦的增益介质，在第一腔镜和第二腔镜组成的放大腔内进行第一次多程反射后被反射回放大腔内进行第二次多程反射放大后输出；

其中，将第一腔镜和第二腔镜中至少一个作为校正腔镜，在激光到达校正腔镜的多个区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿，且在激光到达校正腔镜的每个区域镀有高反膜，每个镀有高反膜的区域小于对应的激光到达该校正腔镜的区域，以实现激光与放大腔的模式匹配。

进一步的，校正腔镜的每个镀膜区域的中心与对应的激光到达校正腔镜区域的中心重合，每次到达镀膜区域的激光能量为该次到达校正腔镜光总能量的80%~95%。

进一步的，将第一腔镜和第二腔镜之一作为校正腔镜，在激光到达校正腔镜的部分区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿。

进一步的，还包括成像模块，成像模块用于依次获取入射至校正腔镜的激光光斑信息，以根据激光光斑信息确定校正腔镜的位置。

进一步的，校正腔镜上高反膜的形状依据实际应用需求确定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种。

为了实现上述目的，本发明还提出一种微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法，包括：种子源、泵浦模块、增益介质、标定腔镜；泵浦模块设置于增益介质的一侧，用于提供泵浦光；标定腔镜包括设置于增益介质两侧的第一标定腔镜和第二标定腔镜；种子源产生的激光穿过由泵浦模块泵浦的增益介质，在第一标定腔镜和第二标定腔镜组成的放大腔内之间进行第一次多程反射放大后被反射回放大腔内进行第二次多程反射放大后输出；

方法包括：

波前探测模块测量入射到标定腔镜上的第一激光光斑信息；

波前探测模块获取经过可调光阑入射到标定腔镜上的第二激光光斑信息，其中，可调光阑位于增益介质与当前探测的标定腔镜之间，且与当前探测的标定腔镜平行；

处理器根据第一激光光斑信息和第二激光光斑信息，调节可调光阑位置和通光尺寸，以使第二激光光斑的尺寸小于第一激光光斑的尺寸，确定标定腔镜的镀膜位置和尺寸，并根据第二激光光斑信息，确定该激光到达区域的面型曲率；

根据所确定的面型曲率以及镀膜位置和尺寸，对待加工腔镜进行加工，形成用于上述任一实施例的微增益叠程放大装置的校正腔镜，以实现相位补偿、模式匹配。

进一步的，可调光阑与第一腔镜间距离小于5 mm。

进一步的，可调光阑的迎光面设置有倒角。

进一步的，可调光阑通光孔的形状依据实际应用需求确定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种。

进一步的，处理器根据第一激光光斑信息和第二激光光斑信息，调节可调光阑位置和通光尺寸，以使第二激光光斑的尺寸小于第一激光光斑的尺寸，包括：

对获取的第一激光光斑信息和第二激光光斑信息进行比较，调节可调光阑的位置和通光尺寸，以使对应的第一激光光斑与第二激光光斑的中心重合，且第二激光光斑的能量是对应的第一激光光斑能量的80%~95%。

进一步的，可调光阑的通光孔的形状依据实际应用需求确定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1.本发明中，通过可调光阑、波前探测模块和处理器确定校正腔镜的面型曲率及镀膜位置及尺寸；未标定区域只做抛光处理，使反射光斑控制在与镀膜区域相同的大小，进行腔内空间滤波，实现模式匹配，优化光束质量，且可改变放大激光的光斑分布形态；通过设置镀膜区域不同的面型曲率，以对激光进行相位补偿，进一步提高光束质量。

2.本发明中，经一次多程反射放大的光束经两个反射镜或小角度放置的腔镜反射又返回放大腔，增加了通过板条激光介质的次数，提高了提取效率。

3.本发明中，通过校正腔镜同时实现相位补偿、模式匹配，对激光光束质量、光斑形态进行控制，装置结构紧凑，并可取得最优化的光束质量校正效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明提供的一种微增益叠程放大装置的结构示意图；

图2是图1的光路示意图；

图3是本发明提供的一种微增益叠程放大装置使用校正腔镜与未使用校正腔镜下测得的光斑分布对比图。

图4是本发明提供的一种微增益叠程放大装置的装调方法对应的可调光阑位置的结构示意图；

图5是本发明提供的一种微增益叠程放大装置的装调方法的流程图；

图6是本发明提供的第一个实施例的微增益叠程放大装置的结构示意图；

图7是本发明提供的第一个实施例的校正腔镜的主视图和侧视图；

图8是本发明提供的第二个实施例的微增益叠程放大装置的结构示意图；

图9是本发明提供的第三个实施例的微增益叠程放大装置的结构示意图；

图10是本发明提供的第三个实施例的校正腔镜的主视图和侧视图；

图11是本发明提供的第四个实施例的微增益叠程放大装置的结构示意图；

图12是本发明提供的第四个实施例的校正腔镜的主视图和侧视图；

图13是本发明提供的第五个实施例的微增益叠程放大装置的结构示意图；

附图标记：

1-泵浦模块；2-种子源；3-增益介质； 41-第一腔镜；42-第二腔镜；5-第一反射镜；6-第二反射镜；71-第一标定腔镜；72-第二标定腔镜；8-波前探测器；9-可调光阑；10-处理器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面结合附图1至图13和实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图1至图3所示，本发明提供一种微增益叠程放大装置，包括泵浦模块1、种子源2、增益介质3、腔镜。

泵浦模块1设置于增益介质3的一侧，用于提供泵浦光，对于泵浦模块1的类型本发明不做限制，例如可以为半导体泵浦模整列、光纤激光器、固体激光器，对于泵浦位置本发明也不做限制，可以为端面泵浦也可以为侧面泵浦。

腔镜包括设置于增益介质3两侧的第一腔镜41和第二腔镜42，其中第一腔镜41设置于增益介质3远离泵浦模块1的一侧，第一腔镜41与第二腔镜42构成放大腔。

种子源2产生的激光穿过由泵浦模块1泵浦的增益介质3，在第一腔镜41和第二腔镜42组成的放大腔内进行第一次多程反射放大后被反射回放大腔内进行第二次多程反射放大后输出。

其中，将第一腔镜41和第二腔镜42中至少一个作为校正腔镜，在激光到达所述校正腔镜的多个区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿，且在激光到达校正腔镜的每个区域镀有特定形状的高反膜，每个镀有高反膜的区域小于对应的激光达到该校正腔镜的区域，以实现激光与放大腔的模式匹配。本实施例中，可以在校正腔镜的每个激光到达的区域设置不同的面型曲率，也可以间隔一个或多个在激光达到的区域设置不同的面型曲率。对此，可以根据实际校正需求进行设定。校正腔镜上设置的不同面型曲率用于校正该次激光之前累积产生的像差。校正腔镜上各个区域的高反膜形状可以根据实际需求进行设定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种，以改变输出激光形态，满足不同形状激光光斑的应用需求；未作为校正腔镜的腔镜上镀有对激光的高反膜。

需要说明的是图1中以将第一腔镜41和第二腔镜42均作为校正腔镜为例，图2中，以校正腔镜每个激光到达区域的面型曲率不同为例进行示意，也可以将第二腔镜42作为校正腔镜或将第一腔镜41作为校正腔镜，也可以将校正腔镜设置为部分激光到达区域的面型曲率不同。

本实施例中，种子源2发射的激光在增益介质3中经过第一次和第二次的多程反射放大输出，可以实现激光在微增益介质3中放大；通过在校正腔镜上每个激光的入射区域镀有特定形状的高反膜，镀有高反膜的区域小于对应激光到达区域，以实现激光与放大器的模式匹配，以抑制像差、像散及自发辐射，有效提高光束质量，控制激光形态；通过将校正腔镜多个区域设置不同面型曲率，来补偿相位畸变，取得最优化的光束质量校正效果，提高光束质量。本实施例的微增益叠程放大装置，采用相位补偿及模式匹配的方式，多次对激光光束质量、形态进行控制，能够有效避免多程放大像差积累问题，取得最优化的光束质量校正效果，且放大程数多，可实现高增益高光束质量激光放大。

为说明本发明提出的微增益叠程放大装置的优势，实验测得了使用未做处理的标定腔镜和使用本实施例提供的校正腔镜后激光光斑形态的变化，得到如图3所示的对比图。第一张图表示：使用未做特殊处理的标定腔镜组成放大腔，未对放大激光光斑进行光束质量控制时，标定腔镜上的部分激光光斑形态，可以看出光斑分布不均匀，光晕明显，光束质量较差；第二张图表示：在两标定腔镜上每处激光达到区域镀有高反膜时，得到腔镜上的部分激光光斑形态，可以看出，由于实现了激光与放大器模式匹配，抑制了像差、像散及自发辐射，激光光斑分布较均匀。第三张图表示：采用本发明提出的在激光达到区域镀有高反膜和设置不同面型曲率的第一校正腔镜41和第二校正腔镜42组成放大腔时，测得的入射到第一校正腔镜41的部分激光光斑形态，可以看出，在相位补偿和模式匹配的双重校正下，放大激光光斑分布均匀，光束质量明显提高。

在一些实施例中，可以通过将第一腔镜41和第二腔镜42设置一定角度，实现激光在放大腔内的两次叠程放大输出。在另一些实施例中，微叠程放大装置还可以包括第一反射镜5、第二反射镜6，种子源2产生的种子激光穿过由泵浦模块泵浦的增益介质，在第一腔镜41和第二腔镜42组成的放大腔内进行第一次多程反射放大输出至第一反射镜5，被第一反射镜5反射至第二反射镜6，再经第二反射镜6后被反射至回所述放大腔内进行第二次多程反射放大后输出。通过增设第一反射镜5和第二反射镜6实现激光在放大腔内的两次叠程放大输出。

在一些实施例中，校正腔镜的每个镀有高反膜的区域的中心与对应的激光到达校正腔镜区域的中心重合，每次到达镀膜区域的激光能量为该次到达校正腔镜激光总能量的80%~95%。例如，可以为80%、85%、90%、92%、95%。这样可以过滤掉旁瓣或高阶模的激光，实现激光与放大器的模式匹配，以抑制像差、像散及自发辐射，有效提高光束质量。优选地，可以设置为每次到达镀膜区域的激光能量为该次到达校正腔镜激光总能量的90%，可以保证光束质量的前提下，获得较高的能量。

在一些实施例中，第一腔镜41和第二腔镜42之一作为校正腔镜，在激光达到该校正腔镜的部分区域设置不同的面型曲率，以对激光进行相位补偿。本实施例中，选择其中一个作为校正腔镜，能够简化测试过程，且对校正腔镜的部分激光到达区域设置不同面型曲率，能够简化腔镜的制备工艺，降低加工难度。

在一些实施例中，微增益叠程放大装置还可以包括成像模块，成像模块用于依次获取入射至校正腔镜的激光光斑信息，根据该激光光斑信息确定校正腔镜放置的位置，激光光斑信息可以包括激光光斑图像、尺寸、能量等信息。具体的，可以将成像模块获取的激光光斑信息的图像并显示光斑信息，当处成像模块中看不到完整光斑图像时，调节校正腔镜的位置，直至调节为成像模块中呈现出完整光斑形态，并且所测第一次多程反射放大的激光入射至校正腔镜的激光光斑的能量沿一个方向呈递增趋势，所测第二次多程反射放大的激光入射至校正腔镜的激光光斑的能量沿反方向呈递增趋势。本实施例中，成像模块可以一次获取一个激光光斑信息，也可以一次获取多个激光光斑信息。成像模块可以包括CCD相机和计算机，计算机可以处理CCD相机获取的光斑信息，并呈现光斑信息。

上述实施例中，增益介质3呈长≥宽＞高的板条状，其材料可为Nd:YAG、Nd:YVO₄、Yb:YAG、Nd:GdVO₄、Tm:YAG、Tm:YLF中的任一种。对于微增益的板条，种子光在增益介质3中经过第一次和第二次的多程反射放大输出，可以实现微增益介质3放大。

本发明还提供了一种微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法，用于确定上述任一实施例的微增益叠程放大装置的校正腔镜面型曲率及镀膜位置和尺寸。参阅图4和图5所示，该方法对应的装置包括泵浦模块1、种子源2、增益介质3、标定腔镜；所述泵浦模块1设置于所述增益介质3的一侧，用于提供泵浦光；所述标定腔镜包括设置于所述增益介质3两侧的第一标定腔镜71和第二标定腔镜72；所述种子源2产生的激光穿过由泵浦模块1泵浦的增益介质3，在第一标定腔镜71和第二标定腔镜72组成的放大腔内之间进行第一次多程反射放大被反射回所述放大腔内进行第二次多程反射放大后输出。可以理解的是，上述提到的泵浦模块1、种子源2、增益介质3、第一反射镜5和第二反射镜6均与上述微增益叠程放大装置相同，也即，用第一标定腔镜71和第二标定腔镜72代替第一腔镜41和第二腔镜42。还包括波前探测器8、可调光阑9和处理器10。需要说明的是，第一标定腔镜71和第二标定腔镜72镀有对激光的高反膜。

基于上述装置，该方法包括如下步骤：

S100，波前探测模块测量入射到所述标定腔镜上的第一激光光斑信息。

该步骤中，激光在放大腔内进行多次反射并直接入射至标定腔镜上，激光光斑信息可以包括激光的能量、尺寸、形态等信息。本实施例中，波前探测模块8获取第一激光的光斑信息，波前探测模块8获取的可以为入射到第一标定和/或第二标定腔镜的第一光斑信息。

S200，波前探测模块获取经过可调光阑入射到标定腔镜上的第二激光光斑信息，其中，可调光阑位于增益介质与当前探测的标定腔镜之间，且与当前探测的标定腔镜平行。

该步骤中，加入可调光阑9，可以对入射至标定腔镜的激光进行部分滤波，获取的为滤波后的激光光斑信息。可调光阑9位于增益介质3与当前探测的标定腔镜之间，且与当前探测的标定腔镜平行，可调光阑9与标定腔镜的距离越小则调节越精确，在一些实施例中，可调光阑9与所述标定腔镜间距离小于5 mm，例如可以为2 mm、3 mm、4 mm。可调光阑8，为尺寸可调的光阑，其通光区域的形状可以根据实际需求进行设定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种，以形成不同形状的激光光斑，迎光面具有小倒角，表面经发黑处理，以消除其表面反射对种子激光的影响。

S300，处理器根据第一激光光斑信息和第二激光光斑信息，调节可调光阑位置和通光尺寸，以使第二激光光斑的尺寸小于第一激光光斑的尺寸，确定标定腔镜的镀膜位置和尺寸，并根据第二激光光斑信息，确定该激光到达区域的面型曲率。

处理器10可以对获取的第一激光光斑信息和第二激光光斑信息进行比较，调节可调光阑9的位置和通光尺寸，以使第二激光光斑的尺寸小于第一激光光斑的尺寸，优选地，以使对应的第一激光光斑与第二激光光斑的中心重合，且第二激光光斑的能量是对应的第一激光光斑能量的80%~95%，此时确定标定腔镜的镀膜位置和尺寸。例如，可以为80%、85%、90%、92%、95%。这样可以过滤掉旁瓣或高阶模的激光，有效提高光束质量。优选地，可以设置为90%，可以保证光束质量的前提下，获得较高的能量。对于标定方式本发明不做限制，例如可以在标定腔镜上进行标记也可以在处理器9中记录数据。

S400，根据所确定的面型曲率以及镀膜位置和尺寸，对待加工腔镜进行加工，形成用于上述任一实施例的微增益叠程放大装置的校正腔镜，以实现相位补偿、模式匹配。

选取待加工腔镜，并根据步骤S300中通过标定腔镜确定镀膜位置和尺寸以及不同区域的面型曲率，对待加工腔镜进行加工。将加工好的校正腔镜用于上述任一实施例的微增益叠程放大装置，实现了上述实施例的有益效果。

本发明的微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法，当确定标定腔镜的镀膜位置和尺寸以及确定不同区域的面型曲率后，可以通过任意加工方式对待加工腔镜进行加工。该加工后的腔镜用于上述任一实施例的微增益叠程放大装置中，可以采用相位补偿及模式匹配的方式，多次对激光光束质量、形态进行控制，能够有效避免多程放大像差积累问题，取得最优化的光束质量校正效果。

下面以几个具体实施例介绍本发明的微增益叠程放大装置及相位补偿、模式匹配方法。

实施例1：

图6是本发明提供的第一个实施例的微增益叠程放大装置的结构示意图，本实施例提出了一种微增益叠程放大装置，该放大装置包括泵浦模块1、种子源2、增益介质3、腔镜、成像模块。

该放大器采用双端泵浦结构，两个泵浦模块1均为808 nm半导体激光阵列，设置于增益介质3的两端，用于提供泵浦光。

种子源2为平均功率200 mW，波长1319 nm、脉宽50 ns、重复频率为5 kHz，圆形光斑直径约为2 mm的激光器，其输出光近似为准直光束。

增益介质3为呈长≥宽>高的板条状的Nd:YAG晶体，具体尺寸为30 mm×12 mm×2mm，掺杂浓度1%。其中两个30 mm×2 mm端面均做抛光处理并镀有对于激光1319 nm高透过率的介质膜；两个尺寸为30 mm×12 mm的大面做粗糙化处理后安装有冷却装置，冷却面积大，冷却效果好，可有效降低热透镜和热致双折射效应；两个12 mm×2 mm端面均做抛光处理并镀有对泵浦光808 nm高透过率的介质膜。

第一腔镜41和第二腔镜42均作为校正腔镜均设置为20 mm×5 mm×6 mm的石英玻璃平面镜，放置于增益介质3两侧，与增益介质3之间存在2°夹角，因此激光来回反射过程中与反射面法线夹角越来越小，当夹角小于等于0°时，光线返回放大腔再次进行多次反射放大，直至输出，这种设计可以使激光在增益介质3中往返次数加倍，从而提供更大的增益，获得高功率激光输出。

增益介质3端面边缘各有5 mm区域未被校正腔镜阻挡，利于激光的注入与输出。

两个校正腔镜的20 mm×6 mm两端面均做抛光处理，靠近增益介质3的20 mm ×6mm端面上在每次激光到达区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿；在激光每次到达区域镀有对1319nm激光的圆形高反膜，反射率>95%；两个校正腔镜的每个镀有高反膜区域的中心与对应的激光到达校正腔镜区域的中心重合，每次到达镀膜区域的激光能量为该次到达校正腔镜激光总能量的90%，如图7所示为本实施例校正腔镜的主视图和侧视图；由于校正腔镜内侧面上的光斑直径大于镀膜直径，将限制光斑直径大于镀膜直径的高阶模/旁瓣，将腔镜上的光斑大小限制为镀膜直径大小，进行腔内空间滤波，实现激光与放大腔的模式匹配，从而改善了光束质量。

成像模块中包含CCD相机，可以显示激光光斑信息，包括激光尺寸、激光能量等信息，用于依次测量入射到校正腔镜上的激光光斑形态，判断校正腔镜的位置，具体的，当成像模块中看不到完整光斑图像时，调节校正腔镜的位置，直至调节为成像模块中呈现出完整光斑形态，并且所测第一次多程反射放大的激光入射至校正腔镜的激光光斑的能量沿一个方向呈递增趋势，所测第二次多程反射放大的激光入射至校正腔镜的激光光斑的能量沿反方向呈递增趋势。

1319 nm种子激光穿过由808 nm泵浦模块1泵浦的增益介质3 Nd:YAG板条晶体，在两个校正腔镜之间进行两次多程反射放大、相位补偿、空间滤波，以实现激光与放大腔的模式匹配，输出高功率高光束质量的圆形1319nm激光。

为实现上述微增益叠程放大装置，本实施例还提出一种微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法。结合图4和图5所示，包括：

泵浦模块1、种子源2、增益介质3、标定腔镜；泵浦模块1设置于增益介质3的两端，用于提供泵浦光；标定腔镜包括设置于增益介质两侧的第一标定腔镜71和第二标定腔镜72，与增益介质之间存在2°夹角，镀有1319 nm种子光高反膜；种子2源产生的种子激光穿过由泵浦模块1泵浦的增益介质3，在第一标定腔镜71和第二标定腔镜72组成的放大腔内之间进行两次多程反射放大后输出；本实施例中，将第一标定腔镜71和第二标定腔镜72作为用确定于校正腔镜镀膜位置和尺寸以及面型曲率的腔镜。

所述方法包括：

先通过波前探测模块8测量腔内无可调光阑9时，入射到第一标定腔镜71上的第一激光光斑信息，所测激光光斑信息包括激光的能量、尺寸、形态、波前等信息；其中，在本实施例中，波前探测模块8为哈特曼波前探测器；

然后，哈特曼波前探测器8获取经过可调光阑9入射到第一标定腔镜71上的第二激光光斑信息，其中，可调光阑9为通光孔径可调的圆形小孔，迎光面具有小倒角，表面经发黑处理，以消除其表面反射对种子激光的影响。可调光阑9设置于增益介质3 Nd:YAG板条晶体和第一标定腔镜71之间，与第一标定腔镜71平行，距离为3 mm，优选的，两者间距越小，空间滤波效果越好；

再者，处理器10显示第一激光光斑信息和第二激光光斑信息，并根据第一激光光斑信息和第二激光光斑信息调节可调光阑9位置和通光尺寸，以使第二光斑的尺寸小于第一光斑的尺寸，确定所述第一标定腔镜71的镀膜位置和尺寸。其中，第一激光光斑与第二激光光斑的中心重合，且第二激光光斑的能量是对应的第一激光光斑能量的90%，确定第一标定腔镜71的镀膜位置和尺寸，这样可以过滤掉激光旁瓣和高阶模激光，实现空间滤波，有效提高光束质量。

最后，处理器10，根据探测到的第二激光波前信息，确定多程反射放大引起的此处激光波前像差为A，计算为实现经第一标定腔镜71反射后激光波前像差校正为0时，第一标定腔镜71该区域所对应的面型曲率，以实现激光累积的相位补偿。如此，根据波前探测模块8、可调光阑9、和处理器10确定第一标定腔镜71、第二标定腔镜72上每处激光到达区域的面型曲率及镀膜位置和尺寸，可以通过任意加工方式对待加工腔镜进行加工，用于上述微增益叠程放大装置的校正腔镜，以实现相位补偿、模式匹配，有效提高光束质量。

实施例2

本实施例提出了一种微增益叠程放大装置，如图8所示，该实施例是在实施例1的基础上进一步的改进，其与实施例1的区别仅在于：

该放大器采用单侧泵浦结构，泵浦模块1为808 nm半导体激光阵列，设置于增益介质3的一侧，用于提供泵浦光。

增益介质3两个30 mm×2 mm侧面均做抛光处理并镀有对于泵浦光808 nm和激光1319 nm高透过率的介质膜。

第一腔镜41作为校正腔镜和第二腔镜42平行放置于增益介质3两侧。第二腔镜42的20 mm×6 mm端面对应于增益介质3设置，抛光并镀有对808 nm泵浦光高透射膜和对1319nm激光高反射率膜，以增强对808 nm泵浦光的高透射效果和对1319 nm种子激光高反射的效果。

增益介质3端面边缘各有5 mm区域未被校正腔镜41和第二腔镜42阻挡，利于激光的注入与输出。

校正腔镜41靠近增益介质3的20 mm ×6 mm端面上在每次激光到达区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿；在激光每次到达区域镀有对1319 nm激光的正六边形的高反膜，反射率>95%；其加工方法类似于实施例1中提到的微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法；

第一反射镜5和第二反射镜6设置在放大腔外，将第一次多程反射放大的激光再反射回放大腔进行第二次多程反射放大，第一反射镜5和第二反射镜6镀有1319 nm激光高反膜，反射率大于95%。

1319 nm种子激光穿过由808 nm泵浦模块1泵浦的增益介质3 Nd:YAG板条晶体，在校正腔镜41和第二腔镜42之间进行一次多程反射放大、相位补偿、空间滤波后，输出放大腔，经第一反射镜5反射至第二反射镜6，再被第二反射镜6反射回放大腔进行第二次多程反射放大、相位补偿、空间滤波后，以实现激光与放大腔的模式匹配，输出高功率高光束质量的正六边形1319nm激光。

实施例3

本实施例提出了一种微增益叠程放大装置，如图9所示，该实施例是在实施例2的基础上进一步的改进，其与实施例2的区别仅在于：

板条增益介质3采用掺Yb离子掺杂浓度为1%的Yb:YAG板条晶体，具体尺寸为30 mm×12 mm×2 mm；泵浦激光波长为941 nm; 种子激光波长为1030 nm；将增益介质3靠近泵浦模块130 mm×2 mm侧面两端各留有5 mm镀有对激光1030 nm高透膜，用于供种子光注入及校正后的激光返回放大腔；30 mm×2 mm侧面的中间部分镀有对泵浦光941 nm高透射膜和对激光1030 nm高反射膜，作为第二腔镜42，以实现对泵浦光良好的透过和增强对放大激光的反射；将第二腔镜42与增益介质3合为一体，结构紧凑，易于调节。

第一反射镜5和第二反射镜6镀有1030 nm激光高反膜，反射率大于95%。

第一腔镜41作为校正腔镜，在激光每次到达区域镀有对1030 nm激光的圆环形高反膜，反射率>95%，如图10所示为本实施例校正腔镜的主视图和侧视图，其加工方法类似于实施例1中提到的微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法；

种子激光1030 nm从增益介质3 Yb:YAG板条晶体侧面入射，穿过由泵浦模块1 941nm泵浦的增益介质3 Yb:YAG板条晶体，在校正腔镜和第二腔镜42之间进行第一次多程反射放大、相位补偿、空间滤波，以实现激光与放大腔的模式匹配；放大后1030nm激光输出至第一反射镜5，被第一反射镜反射至第二反射镜6，再经第二反射镜6反射至放大腔内进行第二次多程反射放大后输出高功率、高光束质量的圆环形1030 nm激光。

实施例4

本实施例提出了一种微增益叠程放大装置，如图11所示，该实施例是在实施例2的基础上进一步的改建，其与实施例2的区别仅在于：

增益介质3 Nd:YAG板条晶体靠近泵浦模块1侧面的顶角处，在种子光1319 nm入射端面有一切角，使得1319 nm种子激光以布儒斯特角入射，可以使激光进入晶体时反射量降至最低，减少激光能量损耗，且不需要镀膜，特别对于种子激光为线偏光的情况。该切角与增益介质3侧面的夹角，其一般优选设置为30 ~ 40°，小于30°，种子光由于入射角过小难以注入板条晶体；大于40°时，种子激光在腔内往返的角度会较大，其通过板条的次数较少，提取效率较低；本实施例优选设置为35°。类似的，为达到损耗更小的目的，板条晶体其他三个顶角也可按照相同的角度切割，使得种子激光/放大激光以布儒斯特角注入增益介质3或输出增益介质3。

第一腔镜41作为校正腔镜，在激光每次到达区域镀有对1319 nm激光的矩形高反膜，反射率>95%；如图12所示为本实施例校正腔镜的主视图和侧视图，其加工方法类似于实施例1中提到的微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法。

实施例5

本实施例提出了一种微增益叠程放大装置，如图13所示，该实施例是在实施例4的基础上进一步的改进，其与实施例3的区别仅在于：

将增益介质3 Nd:YAG靠近泵浦模块1 30 mm×2 mm侧面镀有对泵浦光808 nm高透射膜和对激光1319 nm高反射膜，作为第二腔镜42，以实现对泵浦光良好的透过和增强对放大激光的反射；将第二腔镜42与增益介质3合为一体，结构紧凑，易于调节。

第一腔镜41作为校正腔镜，在激光每次到达区域镀有对1319 nm激光的三角形高反膜，反射率>95%，其加工方法类似于实施例1中提到的微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种微增益叠程放大装置，其特征在于，包括：种子源、泵浦模块、增益介质、腔镜；

所述泵浦模块设置于所述增益介质的一侧，用于提供泵浦光；

所述腔镜包括设置于所述增益介质两侧的第一腔镜和第二腔镜，其中所述第一腔镜设置于所述增益介质远离所述泵浦模块的一侧；

所述种子源产生的种子激光穿过由泵浦模块泵浦的增益介质，在第一腔镜和第二腔镜组成的放大腔内进行第一次多程反射放大后被反射回所述放大腔内进行第二次多程反射放大后输出；

其中，将所述第一腔镜和所述第二腔镜中至少一个作为校正腔镜，在激光到达所述校正腔镜的多个区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿，且在激光到达所述校正腔镜的每个区域镀有特定形状的高反膜，每个镀有高反膜的区域小于对应的激光到达该校正腔镜的区域，以实现所述激光与所述放大腔的模式匹配。

2.根据权利要求1所述的微增益叠程放大装置，所述校正腔镜的每个镀膜区域的中心与对应的所述激光到达所述校正腔镜区域的中心重合，每次到达镀膜区域的激光能量为该次到达所述校正腔镜光总能量的80%~95%。

3.根据权利要求1所述的微增益叠程放大装置，其特征在于，将所述第一腔镜和所述第二腔镜之一作为校正腔镜，在激光到达所述校正腔镜的部分区域设置不同的面型曲率以对激光进行相位补偿。

4.根据权利要求1至3任一项所述的微增益叠程放大装置，其特征在于，还包括成像模块，所述成像模块用于依次获取入射至所述校正腔镜的激光光斑信息，以根据所述激光光斑信息确定所述校正腔镜的位置。

5.根据权利要求1所述的微增益叠程放大装置，其特征在于，所述校正腔镜上高反膜的形状依据实际应用需求确定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种。

6.一种微增益叠程放大装置的相位补偿、模式匹配方法，其特征在于，包括：种子源、泵浦模块、增益介质、标定腔镜；所述泵浦模块设置于所述增益介质的一侧，用于提供泵浦光；所述标定腔镜包括设置于所述增益介质两侧的第一标定腔镜和第二标定腔镜；所述种子源产生的激光穿过由泵浦模块泵浦的增益介质，在第一标定腔镜和第二标定腔镜组成的放大腔内之间进行第一次多程反射放大后被反射回所述放大腔内进行第二次多程反射放大后输出；

所述方法包括：

波前探测模块测量入射到所述标定腔镜上的第一激光光斑信息；

波前探测模块获取经过可调光阑入射到标定腔镜上的第二激光光斑信息，其中，所述可调光阑位于所述增益介质与当前探测的标定腔镜之间，且与当前探测的标定腔镜平行；

处理器根据所述第一激光光斑信息和第二激光光斑信息，调节所述可调光阑位置和通光尺寸，以使第二激光光斑的尺寸小于第一激光光斑的尺寸，确定所述标定腔镜的镀膜位置和尺寸，并根据第二激光光斑信息，确定该激光到达区域的面型曲率；

根据所确定的面型曲率以及镀膜位置和尺寸，对待加工腔镜进行加工，形成用于权利要求1至6任一项的微增益叠程放大装置的校正腔镜，以实现相位补偿、模式匹配。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调光阑与所述标定腔镜间距离小于5 mm。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调光阑的迎光面设置有倒角。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述处理器根据所述第一激光光斑信息和第二激光光斑信息，调节所述可调光阑位置和通光尺寸，以使第二激光光斑的尺寸小于第一激光光斑的尺寸，包括：

对获取的第一激光光斑信息和第二激光光斑信息进行比较，调节可调光阑的位置和通光尺寸，以使对应的第一激光光斑与第二激光光斑的中心重合，且第二激光光斑的能量是对应的第一激光光斑能量的80%~95%。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可调光阑的通光孔的形状依据实际应用需求确定，其形状可为圆形、圆环、矩形、三角形、任意不规则形状中的至少一种。