CN212304190U

CN212304190U - 一种全固态组束激光器

Info

Publication number: CN212304190U
Application number: CN202021353091.4U
Authority: CN
Inventors: 白振旭; 唐敬玲; 齐瑶瑶; 丁洁; 杨学宗; 王雨雷; 吕志伟
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2020-07-10
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2030-07-10

Abstract

本实用新型公开了一种全固态组束激光器，包括：泵浦源出射的光束依次经过第一光隔离器、第一二分之一波片和第一偏振分光棱镜后分为两束，一束光经第二光隔离器、第三二分之一波片和第二偏振分光棱镜后，进入种子光产生模块；另一束经第二二分之一波片后依次进入n‑1个第一泵浦光放大模块和1个第二泵浦光放大模块；放大后的泵浦光进入固体布里渊增益模块，从固体布里渊增益模块出射的泵浦光入射至激光吸收模块，种子光产生模块产生的斯托克斯光经过第二偏振分光棱镜后，进入光束延时装置；种子光与n束泵浦光同时进入固体布里渊增益模块，多路激光束在固体布里渊增益模块内相交，对斯托克斯光进行受激布里渊放大。

Description

一种全固态组束激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种全固态组束激光器。

背景技术

高功率、高光束质量的激光器在科研领域和工业领域均有广泛且重要的应用，例如惯性约束聚变、激光高精度加工、远程遥感等。随着峰值功率和能量强度的提升，受限于增益介质尺寸、热效应及损伤阈值等因素，激光系统的稳定性及输出的光束质量无法得到有效保证。为了获得稳定的高功率激光输出，目前有效的方法包括：主振荡功率放大器(MOPA)和激光组束技术。

MOPA的工作原理是将一束种子光逐级通过每个MOPA单元进行放大，是一种串行工作方式，因此，任一单元出现故障都会造成输出光性能严重恶化。激光组束技术的工作原理是将多束小能量、低功率的激光合成一束大能量、高功率的激光，是一种并行工作方式，激光组束技术相比于MOPA结构稳定性高。组束激光器通常可以分为相干组束和非相干组束两种。非相干组束激光器的特点是用于组合的各光束之间普通叠加，即各光束之间没有固定的相位关系，虽然该激光器能够使得总的激光强度得到大幅度提升，但系统中的放大模块会产生随机相位噪声，因而这种系统不易向更多束扩展，并且难以实现高功率、高质量的激光输出；相干组束激光器对光束的相位有更精细的要求，因此在提高输出光功率的同时要保持各激光束之间的相位匹配关系，虽然这种系统更容易实现高功率、高质量的激光输出，但随着模块数量的增加，器件对光束的损耗以及该系统对相位的要求使得实现高效组合的概率急剧下降。

实用新型内容

本实用新型提供了一种全固态组束激光器，本实用新型利用固体布里渊增益介质，通过优化泵浦光放大模块及种子光产生模块结构设计，使激光器的结构更加紧凑、性能更加稳定，可获得高光束质量和高功率激光输出，详见下文描述：

一种全固态组束激光器，所述激光器包括：

泵浦源出射的光束依次经过第一光学隔离器、第一二分之一波片和第一偏振分光棱镜后分为两束，一束光经第二光隔离器、第三二分之一波片和第二偏振分光棱镜后，进入种子光产生模块，另一束经第二二分之一波片后依次进入n-1个第一泵浦光放大模块和1个第二泵浦光放大模块；

放大后的泵浦光进入固体布里渊增益模块，从固体布里渊增益模块出射的泵浦光入射至激光吸收模块，种子光产生模块产生的斯托克斯光经过第二偏振分光棱镜后，进入光束延时装置；

种子光与n束泵浦光同时进入固体布里渊增益模块，多路激光束在固体布里渊增益模块内相交，对斯托克斯光进行受激布里渊放大。

其中，所述第一泵浦光放大模块包括：

入射光经第四偏振分光棱镜后分为两束，一束通过第五二分之一波片后，进入下一级第一泵浦光放大模块或第二泵浦光放大模块；

另一束经过第一激光放大器进行放大，放大后的泵浦光经第一全反镜反射后，以固定角度θ进入固体布里渊增益模块。

进一步地，所述第二泵浦光放大模块包括：

入射光经第二全反镜反射后，全部进入第二激光放大器进行光放大，放大后的泵浦光经第三全反镜后，以固定角度θ进入固体布里渊增益模块。

其中，所述种子光产生模块包括：

入射光依次经过四分之一波片、聚焦透镜后，聚焦到第一固体布里渊增益介质内部，进入第一固体布里渊增益介质的光束进行受激布里渊散射产生后向斯托克斯光。

进一步地，所述光束延时装置包括：四个45°角度放置的第四全反镜、第五全反镜、第六全反镜、第七全反镜。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、该激光器根据受激布里渊散射放大原理，激光器输出光为连续光或脉冲光，可以有效的抑制器件损伤，减少器件个数，使激光器更加紧凑；

2、该激光器选取固体布里渊增益介质作为布里渊放大介质，利用固体布里渊增益介质高损伤阈值、高热导率、较大布里渊频移量、宽光谱透过范围等优点，实现高光束质量、高功率激光输出；

3、该激光器为非共线组束激光器，采用多束激光以特定角度抽运一束斯托克斯光的方式，实现高光束质量、高功率的激光输出；

4、该激光器将整个激光器分为多个模块，即固体布里渊增益介质、种子光产生模块及泵浦光放大模块，可根据输出光功率的要求，调节放大器的功率，增加或减少泵浦光放大单元数量。

附图说明

图1为一种全固态组束激光器的结构示意图；

图2为光隔离器结构示意图；

图3为第一泵浦光放大模块结构示意图；

图4为第二泵浦光放大模块结构示意图；

图5为种子光产生模块结构示意图；

图6为光束延时装置结构示意图；

图7为固体布里渊增益模块中光束传输方向的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：泵浦源； 2：第一光隔离器；

3：第一二分之一波片； 4：第一偏振分光棱镜；

5：第二二分之一波片； 6：第一泵浦光放大模块；

7：第二泵浦光放大模块； 8：第二光隔离器；

9：第三二分之一波片； 10：第二偏振分光棱镜；

11：种子光产生模块； 12：光束延时装置；

13：固体布里渊增益模块； 14：激光吸收模块。

其中

2-1：第三偏振分光棱镜； 2-2：法拉第旋转器；

2-3：第四二分之一波片；

6-1：第四偏振分光棱镜； 6-2：第一激光放大器；

6-3：第一全反镜； 6-4：第五二分之一波片；

7-1：第二全反镜； 7-2：第二激光放大器；

7-3：第三全反镜；

11-1：四分之一波片； 11-2：聚焦透镜；

11-3：第一固体布里渊增益介质；

12-1：第四全反镜； 12-2：第五全反镜；

12-3：第六全反镜； 12-4：第七全反镜；

13-1：固体布里渊增益介质左端镀膜； 13-2：第二固体布里渊增益介质；

13-3：固体布里渊增益介质右端镀膜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

基于布里渊放大的激光组束方法，使用多束泵浦光抽运一束种子光，在抽运过程中泵浦光与种子光的相位一直是匹配的，因此激光系统输出的光束质量相比MOPA结构具有很大提升。

为了得到更好的光束质量、更高功率的激光输出，研究人员对固体布里渊增益介质的选择进行了广泛研究。其中，金刚石晶体以其成熟的晶体生长技术，极高的热导率，高声波传输速度，高损伤阈值等相对优势，可实现紫外、可见光及红外波段的激光输出。此外，金刚石晶体具有高增益系数、较大的布里渊频移量等特性，这使得金刚石晶体成为固体布里渊增益介质最有潜力的材料之一，并且能够大幅度提高布里渊激光器的性能。

参见图1，本图为本实用新型实施结构中的一种全固态组束激光器结构示意图，包括：泵浦源1、第一光隔离器2、第一二分之一波片3、第一偏振分光棱镜4、第二二分之一波片5、n-1个第一泵浦光放大模块6、1个第二泵浦光放大模块7、第二光隔离器8、第三二分之一波片三9、第二偏振分光棱镜10、种子光产生模块11、光束延时装置12、固体布里渊增益模块13和激光吸收模块14。

泵浦源1出射的光束依次经过第一光学隔离器2、第一二分之一波片3和第一偏振分光棱镜4后分为两束，一束光依次经过第二光隔离器8、第三二分之一波片9和第二偏振分光棱镜10后，进入种子光产生模块11，另一束光经过第二二分之一波片5后依次进入n-1个第一泵浦光放大模块6和1个第二泵浦光放大模块7，经每个第一泵浦光放大模块6和1个第二泵浦光放大模块7放大后的泵浦光进入固体布里渊增益模块13，从固体布里渊增益模块13出射的泵浦光入射至激光吸收模块14，种子光产生模块11产生的斯托克斯光经过第二偏振分光棱镜10后，进入光束延时装置12，在光束延时装置12作用下，种子光与n束泵浦光同时进入固体布里渊增益模块13，多路激光束在固体布里渊增益模块13内相交，对斯托克斯光进行受激布里渊放大，进而获得大功率激光输出。

参见图2，本图为本实用新型实施结构中的第一光隔离器2、第二光隔离器8的结构示意图，包括：第三偏振分光棱镜2-1、法拉第旋转器2-2、第四二分之一波片2-3。入射光束可以全部经过第三偏振分光棱镜2-1、法拉第旋转器2-2、第四二分之一波片2-3，激光系统的反射光依次经过第四二分之一波片2-3、法拉第旋转器2-2后，反射光的方向垂直于入射光方向，在第三偏振分光棱镜2-1的作用下，光束偏离原先传输路径，实现光单向传输，达到保护激光器的作用。

参见图3，本图为本实用新型实施结构中的第一泵浦光放大模块6的结构示意图，入射光经过第四偏振分光棱镜6-1后分为两束，一束通过第五二分之一波片6-4后，进入下一级第一泵浦光放大模块6或第二泵浦光放大模块7；一束经过第一激光放大器6-2进行光放大，放大后的泵浦光经第一全反镜6-3反射后，以固定角度θ进入固体布里渊增益模块13。

参见图4，本图为本实用新型实施结构中的第二泵浦光放大模块7的结构示意图，入射光经第二全反镜7-1反射后，全部进入第二激光放大器7-2进行光放大，放大后的泵浦光经第三全反镜7-3后，以固定角度θ进入固体布里渊增益模块13。

参见图5，本图为本实用新型实施结构中的种子光产生模块11的结构示意图，入射光依次经过四分之一波片11-1、聚焦透镜11-2后，聚焦到第一固体布里渊增益介质11-3内部，进入第一固体布里渊增益介质11-3的光束进行受激布里渊散射产生后向斯托克斯光，种子光产生模块11的频移量Δω、泵浦光频率ω、泵浦光入射角度θ之间的关系为Δω＝±2ωn(v_s/c)sin(θ/2)，n为晶体折射率，v_s为晶体声速，θ为泵浦光入射方向与晶体轴向之间的夹角，c为真空中的光速。

参见图6，本图为本实用新型实施结构中的光束延时装置12的结构示意图，斯托克斯光经过四个45°角度放置的第四全反镜12-1、第五全反镜12-2、第六全反镜12-3、第七全反镜12-4反射后，斯托克斯光的路径长度增加，使得斯托克斯光和n束泵浦光能够同时进入固体布里渊增益模块13，提高激光利用率。

参见图7，本图为本实用新型实施结构中的固体布里渊增益模块13中光束传输方向的示意图，固体布里渊增益模块13的水平中心线与种子光产生模块11的光轴位于同一水平线上，第二固体布里渊增益介质13-2两个端面均镀有种子光及泵浦光的增透膜13-1、13-3。

综上所述，本实用新型将整个激光器分为多个模块，即泵浦源1、第一光隔离器2，第二光隔离器8、第一泵浦光放大模块6、第二泵浦光放大模块7、种子光放大模块11、光束延时装置12、固体布里渊增益模块13、激光吸收模块14。模块化设计使得激光器不但结构紧凑、实用简单而且可以根据对输出光功率的要求，增加或减少泵浦光放大模块个数。

本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种全固态组束激光器，其特征在于，所述激光器包括：

泵浦源出射的光束依次经过第一光隔离器、第一二分之一波片和第一偏振分光棱镜后分为两束，一束光经第二光隔离器、第三二分之一波片和第二偏振分光棱镜后，进入种子光产生模块；另一束经第二二分之一波片后依次进入n-1个第一泵浦光放大模块和1个第二泵浦光放大模块；

放大后的泵浦光进入固体布里渊增益模块，从固体布里渊模块出射的泵浦光入射至激光吸收模块，种子光产生模块产生的斯托克斯光经过第二偏振分光棱镜后，进入光束延时装置；

2.根据权利要求1所述的一种全固态组束激光器，其特征在于，所述第一泵浦光放大模块包括：

3.根据权利要求1所述的一种全固态组束激光器，其特征在于，所述第二泵浦光放大模块包括：

4.根据权利要求1所述的一种全固态组束激光器，其特征在于，所述种子光产生模块包括：

5.根据权利要求1所述的一种全固态组束激光器，其特征在于，所述光束延时装置包括：四个45°角度放置的第四全反镜、第五全反镜、第六全反镜、第七全反镜。