CN217009883U

CN217009883U - 一种大能量百皮秒1064nm激光器

Info

Publication number: CN217009883U
Application number: CN202221007480.0U
Authority: CN
Inventors: 于宇; 宋长禹; 李凯; 李云飞; 王汞; 王志永; 王武越; 岳剑峰; 于恒哲; 吴頔; 徐志鹏; 王雨雷; 吕志伟
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2032-04-28

Abstract

本实用新型提出了一种大能量百皮秒1064nm激光器，用于解决现有技术中激光器不易高效输出，系统较为复杂，且制造成本低等问题。该激光器包括：1064nm百皮秒种子源、平凸透镜I、光隔离器、缩束准直透镜组、45°高反镜I、45°高反镜II、第一级放大器、偏振片、第二级放大器、四分之一波片、0°反射镜、45°高反镜III、扩束准直透镜组、45°高反镜IV、45°高反镜V、第三级放大器。本申请通过采用双程放大技术，最终实现了400mJ的能量的激光光束输出，脉宽为300ps，可以实现重频1‑10Hz可调输出。且在不同的能量输出下，输出激光的脉宽没有大幅变化。

Description

一种大能量百皮秒1064nm激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，特别是指一种大能量百皮秒1064nm激光器。

背景技术

激光器是一种能够发射激光的装置，用于激光器发射出的激光，光束质量纯净且光谱稳定、输出能量相对也比较稳定，由于激光器的这些优点，激光器被广泛的应用于军事、工业、科研、医疗美容等诸多行业。于军事上，可以用于光电对抗、激光制导等；于工业上，可以用于激光清洗、激光切割等；于科研领域，可以用于研究核聚变等；于医疗领域，可以利用激光与生物组织之间的相互作用，主要利用了激光与生物组织作用时的光热效应。如激光嫩肤、激光祛斑、祛纹身、治疗皮肤血管瘤等。选择性光热效应是目前各种激光美容产品主要依据的原理。利用选择性光热效应，通过选取特殊波长的激光对含有色素的组织结构进行大量的破坏，保留正常组织，且对面部的一些穴位照射，能够起到加速血液循环，促进皮肤新陈代谢，延缓衰老等美容养颜的功效。正是由于上述的种种功效，致使激光在医疗美容等领域得到了急速发展。

目前主流获得大能耐量百皮秒激光器的方案有：一是百皮秒种子源多次放大技术，这种方案结构更加稳定且简单，在能够保证光束质量前提下，还能够获得大能量的激光输出；第二种方案是基于受激布里渊散射脉宽压缩技术，这种方法虽然能够获得更高的光束质量，但是由于所采用的介质为液体，其整个光学系统的稳定性较差，做成的产品不适合长距离运输；消波技术是第三种方案，该技术的压缩脉宽原理一般是通过去掉脉冲的前沿或者后延、或者两者均被去除，所以该方案对系统的损耗较大，不易得到高效的能量输出。

发明内容

针对上述背景技术中存在的不足，本实用新型提出了一种大能量百皮秒1064nm激光器，解决了中心激光器不易高效输出，系统结构复杂，成品较高且光束质量不佳的技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种大能量百皮秒1064nm激光器，包括：1064nm百皮秒种子源、平凸透镜I、光隔离器、缩束准直透镜组、45°高反镜I、45°高反镜II、第一级放大器、偏振片、第二级放大器、四分之一波片、0°反射镜、45°高反镜III、扩束准直透镜组、45°高反镜IV、45°高反镜V（15）、第三级放大器；

所述1064nm百皮秒种子源反射出波长为1064nm的脉冲激光，依次通过所述平凸透镜I和光隔离器实现单方向输出，经过所述缩束准直透镜组将脉冲激光的激光发散角缩小的同时并准直，脉冲激光通过所述45°高反镜I和45°高反镜II的反射，进入所述第一级放大器中进行放大，后通过所述偏振片进入所述第二级放大器中进行放大，再通过所述四分之一波片和0°反射镜，将脉冲激光转为S偏振光，再次通过所述第二级放大器进行放大，并通过所述偏振片反射进所述45°高反镜III中，通过45°高反镜III反射进所述扩束准直透镜组中，再通过所述45°高反镜IV和45°高反镜V反射，注入到第三级放大器中，通过第三级放大器的放大后实现激光输出。

优选地，所述1064nm百皮秒种子源输出低能量高光束质量单纵模线偏振的1064nm皮秒激光，1064nm皮秒激光的范围为[1Hz，10Hz]。

优选地，所述缩束准直透镜组包括平凸透镜II、平凸透镜III和平凹透镜I；所述平凸透镜II和平凸透镜III均用于减小激光束腰半径，使得输出的激光的发散角变小；所述平凹透镜I使得输出的激光近似于平行光。

优选地，所述45°高反镜I、45°高反镜II、45°高反镜III、45°高反镜IV和45°高反镜V均用于改变激光的传输路线；其中，脉冲激光经过45°高反镜I传输至45°高反镜II后反射进第一级放大器；45°高反镜III反射的激光进入扩束准直透镜组；45°高反镜IV反射的激光传输至45°高反镜V后再反射进第三放大器中。

优选地，所述偏振片用于透射激光的P偏振光，使激光注入到第二级放大器中进行第一次放大；四分之一波片用于将P偏振光转换成为S偏振光，并将S偏振光反射进第二级放大器中进行二次放大。

优选地，所述扩束准直透镜组包括平凹透镜II和平凸透镜IV，平凹透镜II和平凸透镜IV均镀有1064nm高透膜；扩束准直透镜组用于将激光光束直径扩大，避免功率密度过高，损坏后续的光学器件。

优选地，所述第一级放大器包括Nd:YAG晶体棒I和氙灯I；第二级放大器包括Nd:YAG晶体棒II和氙灯II；第三级放大器包括Nd:YAG晶体棒III和氙灯III；其中，氙灯I、氙灯II和氙灯III均用做泵浦源，分别为Nd:YAG晶体棒I、Nd:YAG晶体棒II和Nd:YAG晶体棒III提供能量；Nd:YAG晶体棒I、Nd:YAG晶体棒II和Nd:YAG晶体棒III通过吸收泵浦源的能量用于放大激光光束。

与现有技术相比，本实用新型产生的有益效果为：

1）本申请合理的分配使用放大器的布局，使得整体激光器在能达到最优输出的同时，尺寸达到最小，激光器整体集成化程度更高。

2）本申请通过放大器级间延时来控制输出能量的大小，保证在激光器输出能量调节过程中，脉冲宽度不变化，且激光器的热焦距稳定，能量输出稳定。

3）通过扩束准直透镜组实现激光光束的逐步扩大，并保证在激光传输时，激光光束始终以近似平行光的方式传输，使用此种方法能够实现资源利用的最大化，而且能够保证激光再放大过程中，激光的脉宽、偏振态、发散角等都不会发生明显改变，输出能量在不断地提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的结构示意图。

图中：1：1064nm百皮秒种子源，2：平凸透镜I，3：光隔离器，4：缩束准直透镜组，4-1：平凸透镜II，4-2：平凸透镜III，4-3：平凹透镜I，5：45°高反镜I，6：45°高反镜II，7：第一级放大器，7-1：Nd:YAG晶体棒I，7-2：氙灯I，8：偏振片，9：第二级放大器，9-1：Nd:YAG晶体棒II，9-2：氙灯II，10：四分之一波片，11：0°反射镜，12：45°高反镜III，13：扩束准直透镜组，13-1：平凹透镜II，13-2：平凸透镜IV，14：45°高反镜IV，15：45°高反镜V，16：第三级放大器，16-1：Nd：YAG晶体棒III，16-2：氙灯III。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种大能量百皮秒1064nm激光器，包括：1064nm百皮秒种子源1、平凸透镜I 2、光隔离器3、缩束准直透镜组4、45°高反镜I 5、45°高反镜II 6、第一级放大器7、偏振片8、第二级放大器9、四分之一波片10、0°反射镜11、45°高反镜III 12、扩束准直透镜组13、45°高反镜IV 14、45°高反镜V 15、第三级放大器16；所述1064nm百皮秒种子源1反射出波长为1064nm的脉冲激光，依次通过所述平凸透镜I 2和光隔离器3实现单方向输出，光隔离器3能够保证在第二级放大器9进行双程放大时的部分返回光不会进入种子源中，损坏种子源。光隔离器3输出的激光经过所述缩束准直透镜组4将脉冲激光的激光发散角缩小的同时并准直，脉冲激光通过所述45°高反镜I 5和45°高反镜II6的反射，进入所述第一级放大器7中进行放大，后通过所述偏振片8进入所述第二级放大器9中进行放大，再通过所述四分之一波片10和0°反射镜11，将脉冲激光转为S偏振光，再次通过所述第二级放大器9进行放大，并通过所述偏振片8反射进所述45°高反镜III 12中，通过45°高反镜III 12反射进所述扩束准直透镜组13中，再通过所述45°高反镜IV 14和45°高反镜V 15反射，注入到第三级放大器16中，通过第三级放大器16的放大后实现激光输出。

1064nm百皮秒种子源1输出低能量高光束质量单纵模线偏振的1064nm皮秒激光，且输出激光的频率可以通过外置信号源进行调节；1064nm皮秒激光的范围为[1Hz，10Hz]，且可以1Hz-10Hz重频可调。

缩束准直透镜组4包括用于减小激光束腰半径的平凸透镜II 4-1、平凸透镜III4-2和一个准直平凹透镜I 4-3；所述平凸透镜II 4-1和平凸透镜III 4-2均用于减小激光束腰半径，使得输出的激光的发散角变小；所述平凹透镜I 4-3使得输出的激光近似于平行光。扩束准直透镜组13包括平凹透镜II 13-1和平凸透镜IV 13-2，平凹透镜II 13-1和平凸透镜IV 13-2均镀有1064nm高透膜；扩束准直透镜组13用于将激光光束直径扩大，避免功率密度过高，损坏后续的光学器件。

45°高反镜I 5、45°高反镜II 6、45°高反镜III 12、45°高反镜IV 14和45°高反镜V15均用于改变激光的传输路线；其中，脉冲激光经过45°高反镜I 5传输至45°高反镜II 6后反射进第一级放大器7；45°高反镜III 12反射的激光进入扩束准直透镜组13；45°高反镜IV14反射的激光传输至45°高反镜V 15后再反射进第三放大器16中。偏振片8用于透射激光的P偏振光，使激光注入到第二级放大器9中进行第一次放大；四分之一波片10用于将P偏振光转换成为S偏振光，并将S偏振光反射进第二级放大器9中进行二次放大。

第一级放大器7包括Nd:YAG晶体棒I 7-1和氙灯I 7-2；第二级放大器9包括Nd:YAG晶体棒II 9-1和氙灯II 9-2；第三级放大器16包括Nd:YAG晶体棒III 16-1和氙灯III 16-2；其中，氙灯I 7-2、氙灯II 9-2和氙灯III 16-2均用做泵浦源，分别为Nd:YAG晶体棒I 7-1、Nd:YAG晶体棒II 9-1和Nd:YAG晶体棒III 16-1提供能量；Nd:YAG晶体棒I 7-1、Nd:YAG晶体棒II 9-1和Nd:YAG晶体棒III 16-1通过吸收泵浦源的能量用于放大激光光束。

本实用新型通过调节放大器的电压实现不同能量的输出；在调节能量的过程中，激光的脉宽是不会发生改变的，这在临床医学中是十分关键的，因为医生会根据不同的情况设定治疗方案，而起到主要变化的就是能量密度的大小，在调节能量时，只有激光的脉宽不变，能量密度才有意义。如果在治疗的过程中，医生需要根据不同的雀斑尺寸调整输出激光的光斑大小和能量大小，如果激光的脉宽变宽，则会使得能量密度太小，达不到理想的治疗效果，如果脉宽变窄，则输出的能量密度过大，使得作用效果加重，可能会起到相反的效果。因此，本实用新型的皮秒激光器能够实现大能量的激光输出，且在调节放大器，使得激光器输出不同能量的过程中，激光脉宽不会发生明显变化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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

1.一种大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，包括：1064nm百皮秒种子源（1）、平凸透镜I（2）、光隔离器（3）、缩束准直透镜组（4）、45°高反镜I（5）、45°高反镜II（6）、第一级放大器（7）、偏振片（8）、第二级放大器（9）、四分之一波片（10）、0°反射镜（11）、45°高反镜III（12）、扩束准直透镜组（13）、45°高反镜IV（14）、45°高反镜V（15）、第三级放大器（16）；

所述1064nm百皮秒种子源（1）反射出波长为1064nm的脉冲激光，依次通过所述平凸透镜I（2）和光隔离器（3）实现单方向输出，经过所述缩束准直透镜组（4）将脉冲激光的激光发散角缩小的同时并准直，脉冲激光通过所述45°高反镜I（5）和45°高反镜II（6）的反射，进入所述第一级放大器（7）中进行放大，后通过所述偏振片（8）进入所述第二级放大器（9）中进行放大，再通过所述四分之一波片（10）和0°反射镜（11），将脉冲激光转为S偏振光，再次通过所述第二级放大器（9）进行放大，并通过所述偏振片（8）反射进所述45°高反镜III（12）中，通过45°高反镜III（12）反射进所述扩束准直透镜组（13）中，再通过所述45°高反镜IV（14）和45°高反镜V（15）反射，注入到第三级放大器（16）中，通过第三级放大器（16）的放大后实现激光输出。

2.根据权利要求1所述的大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，所述1064nm百皮秒种子源（1）输出低能量高光束质量单纵模线偏振的1064nm皮秒激光，1064nm皮秒激光的范围为[1Hz，10Hz]。

3.根据权利要求1所述的大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，所述缩束准直透镜组（4）包括平凸透镜II（4-1）、平凸透镜III（4-2）和平凹透镜I（4-3）；所述平凸透镜II（4-1）和平凸透镜III（4-2）均用于减小激光束腰半径，使得输出的激光的发散角变小；所述平凹透镜I（4-3）使得输出的激光近似于平行光。

4.根据权利要求1所述的大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，所述45°高反镜I（5）、45°高反镜II（6）、45°高反镜III（12）、45°高反镜IV（14）和45°高反镜V（15）均用于改变激光的传输路线；其中，脉冲激光经过45°高反镜I（5）传输至45°高反镜II（6）后反射进第一级放大器（7）；45°高反镜III（12）反射的激光进入扩束准直透镜组（13）；45°高反镜IV（14）反射的激光传输至45°高反镜V（15）后再反射进第三级放大器（16）中。

5.根据权利要求1所述的大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，所述偏振片（8）用于透射激光的P偏振光，使激光注入到第二级放大器（9）中进行第一次放大；四分之一波片（10）用于将P偏振光转换成为S偏振光，并将S偏振光反射进第二级放大器（9）中进行二次放大。

6.根据权利要求1所述的大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，所述扩束准直透镜组（13）包括平凹透镜II（13-1）和平凸透镜IV（13-2），平凹透镜II（13-1）和平凸透镜IV（13-2）均镀有1064nm高透膜；扩束准直透镜组（13）用于将激光光束直径扩大，避免功率密度过高，损坏后续的光学器件。

7.根据权利要求1或4或5所述的大能量百皮秒1064nm激光器，其特征在于，所述第一级放大器（7）包括Nd:YAG晶体棒I（7-1）和氙灯I（7-2）；第二级放大器（9）包括Nd:YAG晶体棒II（9-1）和氙灯II（9-2）；第三级放大器（16）包括Nd:YAG晶体棒III（16-1）和氙灯III（16-2）；其中，氙灯I、氙灯II和氙灯III均用做泵浦源，分别为Nd:YAG晶体棒I、Nd:YAG晶体棒II和Nd:YAG晶体棒III提供能量；Nd:YAG晶体棒I、Nd:YAG晶体棒II和Nd:YAG晶体棒III通过吸收泵浦源的能量用于放大激光光束。