[發明專利]多通激光晶體通光口徑擴大裝置及其安裝方法

有效

• 申請號: 201310141432.X
• 申請日: 2013-04-23
• 公開（公告）號: CN103259165A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 劉彥祺;冷雨欣;印定軍;陸效明;許毅;陸海鶴;梁曉燕;李儒新;徐至展
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/07;H01S3/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及激光放大裝置，特別是一種多通激光晶體通光口徑擴大裝置及其安裝方法。

背景技術

近年來，隨著對強場科學的不斷深入發展，對超強超短激光能量和強度要求的不斷提高，各種光放大方法得到長足的發展，在這種系統中激光晶體是核心的器件，要得到大能量高強度的激光脈沖往往需要大通光口徑的激光晶體和較強的泵浦光。但大尺寸的激光晶體，和高能量密度的泵浦光會同時帶來一些問題，其中包括激光晶體生長技術所限，無法得到足夠大的激光晶體。還有由于晶體橫向尺寸加大而引起激光晶體側面之間的激光寄生振蕩，寄生振蕩的存在會很大程度的消耗激光晶體上能級的粒子數密度，從而使得系統對脈沖種子光的放大效率降低，使得輸出能量不能滿足需要，應用激光晶體的拼接技術及方法可以較好的解決這些問題，如通過拼接的方式可以加大光放大系統的通光口徑從而在不減小泵浦光能量的情況下減小了泵浦光的能量密度，避免了激光晶體的損傷，加大了寄生振蕩形成的閾值，進而提高了輸出能量；通過對單個組成大通光口徑激光晶體的小口徑激光晶體進行處理，如在接縫處填充折射率與激光晶體相近的膠質材料做的吸收體包邊，片狀匹配液循環冷卻頭或是片狀TEC（半導體致冷器）冷卻頭等，減小寄生振蕩和熱效應。通過采用對拼接激光晶體的整體用研模機打磨的方法有效的減小因拼接裝置中小口徑激光晶體通光長度的不同所帶來的光程差對放大的激光脈沖在時域和空間分布上的影響，較激光組束技術更易實現和穩定的運行等等。

在實現激光放大過程中，可以通過提高激光在晶體內的放大通數，在一定程度內實現放大效率的提升，尤其在種子光能量密度較低時尤為顯著，見文獻【L.M.Frantz,etal,J.Appl?phys,34,2346,(1963)】。我們以鈦寶石飛秒激光系統的雙通放大系統為例，通過對F-N方程的運用，得到單通與多通光放大的輸出能量上的比較關系，如圖1所示，設泵浦光與入射光（種子光）入射光斑面積相同，圖中點狀線代表雙通放大，星狀線代表單通放大，橫軸代表吸收系數，縱軸代表放大能量。通過圖中兩條曲線看出在雙通放大中泵浦光被提取的效率更為高效，而單通放大相對較低，從圖中我們還可以得到，在入射光（種子光）的能量密度較低的情況下，使用雙通放大或多通放大可以得到更高的能量輸出。

此外，由于采用多通放大方式，激光晶體對種子光的光譜調制也會發生變化，以鈦寶石為例，通過理論計算得到圖2-圖5所示，圖2代表采用單通放大時的光譜調制，圖3代表因這種調制脈沖在時域上的表現，圖4代表采用多通放大時的光譜調制圖5代表因這種調制多通脈沖在時域上的表現。從圖中可以看出，由于增加了通數的影響，激光晶體對光譜的調制深度有所增加，調制各衰減中心的開口寬度也會有所增加，最終這種調制上的差異會使得時域脈沖的旁瓣與中心主極大脈沖的時間間隔發生變化，但對主極大的強度和脈寬不會造成顯著的影響。這可以通過更加精細控制激光晶體光軸角度誤差來減小對光譜和時域脈沖的影響，計算表明若是角度誤差控制在5°以下則單通與多通在光譜調制和時域脈沖形狀上差別不大。

由于系統采用多通放大的方式，因此種子光會多次通過激光晶體，在本系統中由于拼接接縫的原因，若是兩次通過激光晶體的光斑重合的不好，會使光斑在聚焦處產生一定程度的旁瓣如圖6和圖7所示，圖6代表第一次通過激光晶體時對聚焦光斑產生的影響，圖7代表激光第二次通過晶體因激光晶體上的光斑重合不好，在光斑上產生兩條接縫的“暗區”，兩條“暗區”距離為2.5倍的接縫寬度，且在系統接縫的寬度占通光口徑的5%時，聚焦后光斑產生了約10%旁瓣。因此在調節時應盡量讓兩光斑重合，同時還可以控制接縫寬度占整個光斑直徑的百分比，計算證明當接縫寬度占整個光斑直徑的2.5%時就不會對聚焦光斑產生過大的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多通激光晶體通光口徑擴大裝置及安裝方法，該裝置具有放大效率高，系統易實現，運行更為穩定，成本更低的特點。

本發明的技術解決方案如下：

一種多通激光晶體通光口徑擴大裝置，其特點在于該裝置包括激光晶體、固定架和第一個螺栓和第二個螺栓，上述元部件的位置關系如下：

所述的固定架包括兩個相同的夾具，該夾具呈內直角而外圓的柱體結構，兩個夾具的體內設有垂直于兩個夾具的結合面的第一個螺孔和第二個螺孔，兩個螺栓穿過所述的第一個螺孔和第二個螺孔后構成內具方形長孔的外圓柱體，所述的方形長孔與所述的外圓柱同心，在所述的固定架的方形內孔中放置拼接后的激光晶體，通過所述的第一個和第二個螺栓鎖緊。