[發(fā)明專利]極簡腔型的再生激光放大器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210252182.2
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102769244A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙環(huán)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京無線電計(jì)量測試研究所
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種再生激光放大器，特別涉及采用薄片鈦寶石晶體作為增益介質(zhì)的極簡腔型的再生激光放大器。

背景技術(shù)

依據(jù)不同的能量輸出要求，超快激光放大裝置可能有多級組成，基本可分為預(yù)放大和主放大，前者屬于小信號放大，后者則屬于強(qiáng)信號放大。預(yù)放大一般是由再生放大器組成的，它能夠把nJ量級的飛秒激光脈沖放大到mJ量級。

再生腔中使用的鈦寶石晶體一般都在10mm以上，再生放大過程中，當(dāng)泵浦激光脈沖注入鈦寶石晶體后，至少有30％的泵浦能量轉(zhuǎn)換為熱能沉積在晶體中，熱源與泵浦激光在晶體中的空間分布相同。由于激光介質(zhì)激活區(qū)內(nèi)溫度的不均勻分布會產(chǎn)生如熱透鏡、應(yīng)力雙折射等熱效應(yīng)，且晶體越長越明顯，這些效應(yīng)會導(dǎo)致腔內(nèi)光斑模式的畸變，從而導(dǎo)致最終輸出放大激光的光束質(zhì)量以及脈沖能量的降低，因此高效率的散熱通常是設(shè)計(jì)高平均功率激光放大器時(shí)考慮的重要因素之一。

再生激光放大腔內(nèi)除需放置鈦寶石晶體作為增益介質(zhì)以及偏振元器件作為激光脈沖選單、倒空器件，還包括多個(gè)光學(xué)鏡片構(gòu)成再生激光諧振腔，復(fù)雜的腔型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了激光調(diào)節(jié)難度高、激光器體積龐大等缺陷，一定程度上限制了再生激光放大器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種采用極簡腔型的再生激光放大器，以一塊薄片狀的鈦寶石晶體作為增益介質(zhì)，由這片鈦寶石晶體和一片平面反射鏡共同構(gòu)成再生諧振腔，腔型結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)節(jié)，薄片狀的結(jié)構(gòu)有利于晶體散熱，提高放大激光的光束質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

極簡腔型的再生激光放大器，該激光放大器包括再生諧振腔和激光元件，所述的再生諧振腔包括薄片狀鈦寶石晶體和一片平面反射鏡。

所述薄片鈦寶石晶體為圓片狀結(jié)構(gòu)，其厚度遠(yuǎn)小于其直徑。

所述薄片鈦寶石晶體的厚度為2mm，直徑為10mm。

所述薄片鈦寶石晶體前表面為通光面，鍍有對泵浦激光和放大激光增透的高閾值雙色介質(zhì)膜；晶體后表面為反射面，鍍有對泵浦激光和放大激光高反射的高閾值雙色介質(zhì)膜。

所述再生諧振腔內(nèi)設(shè)置有薄膜偏振片TFP和普克爾盒PC來實(shí)現(xiàn)放大激光的選單和倒空。

所述激光元件包括透鏡、平面反射鏡、旋光器、格蘭棱鏡和波片。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

本發(fā)明極簡腔的再生激光放大器腔型結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)節(jié)，薄片狀的結(jié)構(gòu)有利于晶體散熱，提高放大激光的光束質(zhì)量。

附圖說明

圖1為薄片鈦寶石晶體示意圖；

圖2為再生諧振腔示意圖；

圖3為再生放大激光器實(shí)驗(yàn)裝置圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示為薄片鈦寶石晶體示意圖，該鈦寶石晶體為圓片狀結(jié)構(gòu)，其厚度L遠(yuǎn)小于其直徑D。晶體前表面為通光面，鍍有對泵浦激光和放大激光增透的高閾值雙色介質(zhì)膜；晶體后表面為反射面，鍍有對泵浦激光和放大激光高反射的高閾值雙色介質(zhì)膜。泵浦激光采用端面泵浦方式，經(jīng)過晶體前表面入射到晶體中，泵浦激光被晶體吸收后，剩余的激光會被晶體后表面反射從而被再次吸收，這相當(dāng)于對晶體進(jìn)行了二次泵浦，提高了泵浦激光在晶體中的總吸收效率。

如圖2所示，所述再生諧振腔由薄片鈦寶石晶體和平面反射鏡構(gòu)成，腔內(nèi)插入偏振元器件實(shí)現(xiàn)激光脈沖的選單和倒空。

如圖3所示為使用薄片鈦寶石晶體作為增益介質(zhì)的再生放大激光器的實(shí)驗(yàn)裝置圖，薄片鈦寶石晶體Ti:S厚度為2mm，直徑為10mm。薄片鈦寶石晶體不僅作為增益介質(zhì)，也作為反射鏡，與平面全反鏡M1共同構(gòu)成再生諧振腔。腔內(nèi)插入薄膜偏振片TFP和普克爾盒PC實(shí)現(xiàn)放大激光的選單和倒空。λ/4波片WP、法拉第旋光器FR以及格蘭棱鏡GP共同組成隔離系統(tǒng)，若激光經(jīng)過FR后再經(jīng)過WP，偏振方向不變；相反，若激光經(jīng)過WP后再經(jīng)過FR，偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)90°。

泵浦激光由透鏡M6聚焦后，先后經(jīng)過平面反射鏡M4和M5反射后，注入薄片鈦寶石晶體Ti:S。種子激光為經(jīng)過展寬的鈦寶石激光，垂直偏振方向，種子激光由平面反射鏡M3反射進(jìn)入隔離系統(tǒng)，偏振方向不變，再由平面反射鏡M2反射，經(jīng)由薄膜偏振片TFP以垂直偏振方向注入再生諧振腔。放大激光脈沖以垂直偏振方向經(jīng)薄膜偏振片TFP反射后從再生諧振腔內(nèi)導(dǎo)出，經(jīng)過M3反射進(jìn)入隔離系統(tǒng)，放大激光先后通過WP和FR后變?yōu)樗狡衿穹较颍俳?jīng)格蘭棱鏡GP透射輸出。