[發(fā)明專利]一種提高光束質(zhì)量的激光放大器及提高光束質(zhì)量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310026303.6
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103117505A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉崇;葉志斌;趙智剛
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體激光技術(shù)，具體涉及一種提高通過激光放大器光束質(zhì)量的裝置及其方法。

背景技術(shù)

為了獲得性能優(yōu)良的高功率激光輸出，應(yīng)用振蕩級-放大器組成的激光放大系統(tǒng)是一種很好的方法，這種方法中可由振蕩級決定其光束特性，而由放大器決定其輸出功率，因此可以兼顧優(yōu)良的激光特性和較高的輸出功率。現(xiàn)有的激光放大技術(shù)一般采用在振蕩級-放大器之間加入擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩級間光束直徑匹配，如圖1所示，將振蕩級發(fā)出的光束半徑較小的光束，經(jīng)過擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡后再進(jìn)入放大器中進(jìn)行放大，這樣可以得到高的輸出功率。

這樣的結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)不足之處，一是在振蕩級-放大器之間需要加入擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，增加了光路的長度，使得整個(gè)系統(tǒng)體積比較龐大；二是在高功率泵浦的情況下，由于放大器中增益介質(zhì)中存在的熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致通過放大器增益介質(zhì)的光束產(chǎn)生畸變，嚴(yán)重惡化了輸出激光的光束質(zhì)量。

近來，我們發(fā)現(xiàn)在專利CN?100495836?C所述的“一種雙棒串接的基模動(dòng)態(tài)穩(wěn)定非對稱激光諧振腔的裝置”中，諧振腔兩端輸出光束的光束質(zhì)量差別較大。定義從激光晶體到諧振腔腔鏡的距離為諧振腔臂長，在基模動(dòng)態(tài)穩(wěn)定非對稱激光諧振腔中，諧振腔的兩個(gè)臂長差別較大，從臂長較長的一端輸出光束的光束質(zhì)量很好，而從臂長較短的一端輸出光束的光束質(zhì)量較差。將這一原理應(yīng)用到激光振蕩級-放大器系統(tǒng)，使振蕩級從短臂輸出的光束質(zhì)量較差的光束，發(fā)散通過放大級，可以在保證較大的輸出功率的同時(shí)，得到很好的光束質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中由于光路較長或激光增益介質(zhì)的熱效應(yīng)使得通過激光放大器后光束質(zhì)量變差的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種提高通過激光放大器光束質(zhì)量的裝置。

一種提高光束質(zhì)量的激光放大器，包括振蕩級和放大級，所述振蕩級包括依次設(shè)置的全反鏡、第一激光增益介質(zhì)和輸出鏡，所述全反鏡與第一激光增益介質(zhì)之間的距離為L1，第一激光增益介質(zhì)與輸出鏡的距離為L2，且L1＞L2；

所述放大級與輸出鏡的距離為L3，L3等于放大級的熱透鏡焦距。

本發(fā)明將激光諧振腔設(shè)置為非對稱方式，即第一激光增益介質(zhì)與全反鏡的距離大于第一激光增益介質(zhì)與輸出鏡之間的距離，使得從輸出鏡輸出的激光光束質(zhì)量較差，但通過調(diào)整放大級的位置，使得輸出鏡輸出的光束經(jīng)發(fā)散后再進(jìn)入放大級時(shí)，就會(huì)明顯提高光束質(zhì)量。

為保證輸出光束的質(zhì)量，作為優(yōu)選，所述的全反鏡對激光光束的反射率大于95％，所述的輸出鏡對激光光束的反射率為1％～98％。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝患す庠鲆娼橘|(zhì)與全反鏡的距離大于輸出鏡與第一激光增益介質(zhì)之間的距離(即L1＞L2)時(shí)，輸出鏡的出射光束的質(zhì)量較差，但此光束進(jìn)入放大級進(jìn)行放大，從放大級輸出的光束質(zhì)量則變得較好，作為優(yōu)選，L1為L2的3～5倍。

作為優(yōu)選，所述的第一激光增益介質(zhì)為Nd:YAG晶體、Nd:YVO₄晶體或Yb:YAG晶體。

同理，所述的放大級包括第二激光增益介質(zhì)，所述的第二激光增益介質(zhì)為Nd:YAG晶體、Nd:YVO₄晶體或Yb:YAG晶體。該第二激光增益介質(zhì)與第一激光增益介質(zhì)可以相同，也可以不同。

作為優(yōu)選，所述的第二激光增益介質(zhì)的熱透鏡焦距為10mm-2000mm，根據(jù)該第二激光增益介質(zhì)的熱透鏡焦距確定放大級與輸出鏡之間的距離，利于獲得高光束質(zhì)量的激光輸出。

本發(fā)明還提供一種基于上述激光放大器提高光束質(zhì)量的方法，使得經(jīng)放大級輸出的光束具有較好的光束質(zhì)量。

一種基于激光放大器的提高光束質(zhì)量的方法，所述激光放大器包括振蕩級和放大級，所述振蕩級包括依次設(shè)置的全反鏡、第一激光增益介質(zhì)和輸出鏡；所述振蕩級中全反鏡與第一激光增益介質(zhì)之間的距離為L1，第一激光增益介質(zhì)與輸出鏡之間的距離為L2，且L1＞L2；

所述方法包括：

1)根據(jù)放大級的工作點(diǎn)確定放大級的熱透鏡焦距；

2)調(diào)整放大級的位置，使放大級與輸出鏡的距離L3等于放大級的熱透鏡焦距；

3)輸出鏡的出射光線通過放大級后作為激光束輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)簡化了實(shí)驗(yàn)裝置，大大縮短了光路長度，使整個(gè)裝置的體積大為減小。

(2)不僅可以實(shí)現(xiàn)激光功率的放大，還可以實(shí)現(xiàn)對光束質(zhì)量的改善，即從振蕩級輸出的光束質(zhì)量較差，通過放大級后光束質(zhì)量獲得了提高，從而使整個(gè)裝置獲得性能優(yōu)良的高功率激光輸出。

附圖說明