CN206250569U - 高转换效率的激光放大装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高转换效率的激光放大装置，涉及激光技术领域。所述装置包括种子光调节装置、放大聚光腔、n组反射镜单元和平凸透镜，放大聚光腔中设置m个激光晶体，m≥2，n＝m‑1；除激光光束经过的最后一个激光晶体外，其他用于二次放大的激光晶体与反射镜单元一一对应设置；种子光调节装置包括沿激光光束传播方向同轴顺次设置的种子光源、扩束目镜、第一偏振片、法拉第旋光器、第二偏振片、扩束物镜、软边光阑、二分之一波片、第一45°全反射镜和第二45°全反射镜。本实用新型提高了激光器的电‑光转换效率，使激光器电源的功率降低了50％，冷却系统的功率也相应降低50％。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种高转换效率的激光放大装置。
背景技术
同时具备高光束质量及大能量的激光在工业、医疗、科研领域有广泛应用，激光医疗、激光等离子体密度测量这两种应用要求激光的光斑分布均匀，且能量可以达到400mJ以上，这种激光器都是通过将光斑分布较均匀的小能量种子激光经放大器放大后生成一个光斑分布均匀且能量大的激光，但目前采用的放大器的电-光转换效率普遍较低，其中氙灯泵浦的放大器的转换效率在0.5％左右，二极管泵浦的放大器的转换效率在5％左右，采用本激光放大装置，对于氙灯泵浦的放大器的转换效率可达1％左右，二极管泵浦的放大器的转换效率在10％左右，电源和冷却的功耗都相应降低50％。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高转换效率的激光放大装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本实用新型所述高转换效率的激光放大装置，所述装置包括种子光调节装置、放大聚光腔、n组反射镜单元和平凸透镜，所述放大聚光腔中设置m个激光晶体，所述m大于等于2，n＝m-1；除激光光束经过的最后一个激光晶体外，其他的用于二次放大的激光晶体与所述反射镜单元一一对应设置；
所述种子光调节装置包括沿激光光束传播方向同轴顺次设置的种子光源、扩束目镜、第一偏振片、法拉第旋光器、第二偏振片、扩束物镜、软边光阑、二分之一波片、第一45°全反射镜和第二45°全反射镜；
每组所述反射镜单元包括水平偏振片、四分之一波片、0°全反射镜、第一28°入射全反射镜和第二28°入射全反射镜；沿激光光束传播方向同轴顺次设置水平偏振片、用于二次放大的激光晶体A、四分之一波片和0°全反射镜，从激光晶体A中再次经过的激光光束经过水平偏振片反射后依次经过所述第一28°入射全反射镜、所述第二28°入射全反射镜；从所述第二28°入射全反射镜反射出的激光光束通过下一个水平偏振片进入用于二次放大的激光晶体或通过90°转子进入最后一个激光晶体；最后一个激光晶体的激光光束传播末端设置平凸透镜；
所述种子光调节装置还包括光闸，所述光闸设置在所述种子光源与激光光束进入的第一个反射镜单元的水平偏振片之间的任意位置。
优选地，所述放大聚光腔腔体内还设置m-1个泵浦源；所述泵浦源包括泵浦腔和固定在所述泵浦腔中的脉冲氙灯或激光二极管，m个激光晶体固定在所述泵浦腔上。
优选地，m个激光晶体的轴向方向与激光光束传播方向相同。
优选地，所述第一偏振片的主平面和所述第二偏振片的主平面之间的夹角为45°。
优选地，扩束目镜焦距和扩束物镜焦距的绝对值之差等于扩束目镜和扩束物镜之间的间距。
本实用新型中除激光光束经过的最后一个激光晶体外，其他的用于二次放大的激光晶体，激光光束两次穿过激光晶体，每个激光晶体与所述反射镜单元一一对应设置。
本实用新型的有益效果是：
在泵浦源的泵浦光脉冲持续时间内使种子激光两次经过一个放大激光晶体，进而提高激光晶体的利用效率，使激光晶体中的反转粒子更多的转换成激光，进而提高电源注入能量-激光的转换效率，降低电源的功耗，这样冷却的功耗也会随之降低；通过扩束进一步提高种子激光的光束质量，通过增加隔离措施避免激光沿原光路返回光对种子光源可能造成的损害。
本实用新型提高了激光器的电-光转换效率，使激光器电源的功率降低了50％，冷却系统的功率也相应降低50％。
附图说明
图1是高转换效率的激光放大装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型的核心：在泵浦源的泵浦光脉冲持续时间内使种子激光两次经过同一个放大激光晶体，进而提高激光晶体的利用效率，使激光晶体中的反转粒子更多的转换成激光，进而提高电源注入能量-激光的转换效率，降低电源的功耗，这样冷却的功耗也会随之降低；使种子激光经过扩束系统实现种子激光和放大器激光晶体的口径匹配并提高种子激光的光束质量，通过增加隔离措施避免激光沿原光路返回光对种子光源可能造成的损害。
实施例：
参照图1，高转换效率的激光放大装置，所述装置包括种子光调节装置、放大聚光腔、一组反射镜单元和平凸透镜，所述放大聚光腔中设置两个激光晶体；
所述种子光调节装置包括沿激光光束传播方向同轴顺次设置的；
在所述激光装置的激光光束传播方顺次设置扩束目镜1、第一偏振片2、光闸3、法拉第旋光器4、第二偏振片5、扩束物镜6，软边光阑7、二分之一波片8、第一45°全反射镜9和第二45°全反射镜10；
每组所述反射镜单元包括水平偏振片11、四分之一波片13、0°全反射镜14、第一28°入射全反射镜15和第二28°入射全反射镜16；沿激光光束传播方向同轴顺次设置水平偏振片11、用于二次放大的激光晶体A、四分之一波片13和0°全反射镜14，被0°全反射镜14反射的激光光束依次通过四分之一波片13、用于二次放大的激光晶体A后，经过水平偏振片11反射依次经过所述第一28°入射全反射镜15、所述第二28°入射全反射镜16，从所述第二28°入射全反射镜16反射出的激光光束通过下一个相邻反射镜单元的水平偏振片进入相邻反射镜单元中的用于二次放大的激光晶体或通过90°转子17进入最后一个激光晶体；最后一个激光晶体的激光光束传播末端设置平凸透镜；
所述种子光调节装置还包括光闸3，所述光闸3可以设置在所述种子光源与激光光束进入的第一个反射镜单元的水平偏振片之间任意位置。
更详细的解释说明为：
(一)所述放大聚光腔腔体内还设置m-1个泵浦源；所述泵浦源包括泵浦腔和固定在所述泵浦腔中的脉冲氙灯或激光二极管，m个激光晶体固定在所述泵浦腔上；m个激光晶体的轴向方向与激光光束传播方向相同。
(二)扩束目镜焦距和扩束物镜焦距的绝对值之差等于扩束目镜和扩束物镜之间的间距。
附图1中，扩束目镜1和扩束物镜6构成扩束系统，其作用是使种子激光的光束口径与放大器腔体中的激光晶体相当，提高激光晶体的利用效率，并增加种子激光的横截面积，提高种子激光的均匀性。
附图1中，所述第一偏振片的主平面和所述第二偏振片的主平面之间的夹角为45°。第一偏振片2、法拉第旋光器4和第一偏振片5共同组成隔离装置，其作用是阻断与种子激光传播方向相反的光，防止激光沿原光路返回到种子光源。
附图1中，光闸3包括电磁旋铁和挡板，通过电信号可以使电磁旋铁旋转进而改变挡板的位置，控制种子光是否进入放大光路中进行放大。
附图1中，软边光阑7将种子激光的光束直径限定在比放大器腔体中的激光晶体直径稍小的尺寸。
附图1中，二分之一波片8将种子激光的偏振方向旋转至水平方向。
附图1中，第一45°全反射镜9和第二45°全反射镜10将种子激光导入放大聚光腔的第一激光晶体中。
附图1中，水平偏振片11让偏振方向为水平方向的光通过，偏振方向为垂直方向的光会被全部反射；
附图1中，放大器聚光腔12将两个激光晶体、泵浦源整合在一起，使得泵浦源发出的光更多地进入激光晶体中。
附图1中，四分之一波片13将经过的激光的相位变化量达到π/2，两次经过后的相位变化量为π，对应的偏振方向改变量为90°，即偏振方向为水平的光两次经过四分之一波片后，其偏振方向会变为垂直方向；
附图1中，0°入射全反镜14使由第一激光晶体出射的激光沿原路返回再次经过第一激光晶体；
附图1中，第一28°入射全反射镜15和第二28°入射全反射镜16将由水平偏振片11反射出来的激光导入第二激光晶体；
附图1中，90°转子17将经过的激光的偏振方向旋转90°，补偿激光在经过第一激光晶体后所产生的相位差。90°转子置于第一激光晶体和第二激光晶体之间。
附图1中，平凸透镜18将第二激光晶体出射的激光准直，降低其发散角，提高激光的方向性。
使用所述高转换效率的激光放大装置，泵浦源开始工作，在泵浦装置中的激光晶体中积累高能级电子，无激光脉冲输出，在种子激光经过时，经种子激光诱导形成受激辐射放大，使积累的高能级电子向低能级跃迁并释放光子，使种子激光的能量得到放大；种子激光每经过一次激光晶体，其能量就会放大一次。本实施例所述高转换效率的激光放大装置用两个激光晶体实现对种子激光三次能量放大。
使用所述高转换效率的激光放大装置的激光放大的过程如下：
S1，泵浦源开始工作，直至激光晶体上能级粒子数最大，形成粒子数反转状态；
S2，种子激光依次经过扩束目镜、第一偏振片、法拉第旋光器、第二偏振片、扩束物镜、软边光阑、二分之一波片、第一45°全反镜、第二45°全反镜、水平偏振片后，进入第一激光晶体，种子激光能量得到一次放大；
S3，由第一激光晶体出射后，经过四分之一波片后，经0°全反镜反射激光第二次经过四分之一波片和第一激光晶体，再次经过第一激光晶体种子激光能量得到第二次放大；
S4，两次经过四分之一波片，种子激光的偏振方向由水平方向变为垂直方向，能量被放大两次后的种子激光再次行进到第一激光晶体旁边的水平偏振片时，会被水平偏振片完全反射，经两片28°入射全反镜反射后，经过90°转子后进入第二激光晶体；
S5，进入第二激光晶体后，种子激光能量得到第三次放大，由第二激光晶体出射后，经一片平凸透镜准后，放大后的激光即可用于应用。
通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
在泵浦源的泵浦光脉冲持续时间内使种子激光两次经过一个放大激光晶体，进而提高激光晶体的利用效率，使激光晶体中的反转粒子更多的转换成激光，进而提高电源注入能量-激光的转换效率，降低电源的功耗，这样冷却的功耗也会随之降低；通过扩束进一步提高种子激光的光束质量，通过增加隔离措施避免激光沿原光路返回光对种子光源可能造成的损害。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种高转换效率的激光放大装置，其特征在于，所述装置包括种子光调节装置、放大聚光腔、n组反射镜单元和平凸透镜，所述放大聚光腔中设置m个激光晶体，所述m大于等于2，n＝m-1；除激光光束经过的最后一个激光晶体外，其他的用于二次放大的激光晶体与所述反射镜单元一一对应设置；
所述种子光调节装置包括沿激光光束传播方向同轴顺次设置的种子光源、扩束目镜、第一偏振片、法拉第旋光器、第二偏振片、扩束物镜、软边光阑、二分之一波片、第一45°全反射镜和第二45°全反射镜；
每组所述反射镜单元包括水平偏振片、四分之一波片、0°全反射镜、第一28°入射全反射镜和第二28°入射全反射镜；沿激光光束传播方向同轴顺次设置水平偏振片、用于二次放大的激光晶体A、四分之一波片和0°全反射镜，从激光晶体A中再次经过的激光光束经过水平偏振片反射后依次经过所述第一28°入射全反射镜、所述第二28°入射全反射镜；从所述第二28°入射全反射镜反射出的激光光束通过下一个水平偏振片进入用于二次放大的激光晶体或通过90°转子进入最后一个激光晶体；最后一个激光晶体的激光光束传播末端设置平凸透镜；
所述种子光调节装置还包括光闸，所述光闸设置在所述种子光源与激光光束进入的第一个反射镜单元的水平偏振片之间的任意位置。
2.根据权利要求1所述高转换效率的激光放大装置，其特征在于，所述放大聚光腔腔体内还设置m-1个泵浦源；所述泵浦源包括泵浦腔和固定在所述泵浦腔中的脉冲氙灯或激光二极管，m个激光晶体固定在所述泵浦腔上。
3.根据权利要求1所述高转换效率的激光放大装置，其特征在于，m个激光晶体的轴向方向与激光光束传播方向相同。
4.根据权利要求1所述高转换效率的激光放大装置，其特征在于，所述第一偏振片的主平面和所述第二偏振片的主平面之间的夹角为45°。
5.根据权利要求1所述高转换效率的激光放大装置，其特征在于，扩束目镜焦距和扩束物镜焦距的绝对值之差等于扩束目镜和扩束物镜之间的间距。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621279950.3U CN206250569U (zh) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 高转换效率的激光放大装置 |
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| CN201621279950.3U CN206250569U (zh) | 2016-11-25 | 2016-11-25 | 高转换效率的激光放大装置 |
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| CN (1) | CN206250569U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107942529A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-20 | 北京镭宝光电技术有限公司 | 脉宽切换同轴同偏振激光器以及同轴同偏振激光输出方法 |
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2016
- 2016-11-25 CN CN201621279950.3U patent/CN206250569U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107942529A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-20 | 北京镭宝光电技术有限公司 | 脉宽切换同轴同偏振激光器以及同轴同偏振激光输出方法 |
| CN107942529B (zh) * | 2017-12-21 | 2024-05-21 | 北京镭宝光电技术有限公司 | 脉宽切换同轴同偏振激光器以及同轴同偏振激光输出方法 |
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