[發明專利]一種高光束質量緊湊型板條激光放大裝置

在審

• 申請號: 201410831286.8
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104485571A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 楊彬;劉迎春;周軍;于廣禮;丁建永
• 申請（專利權）人: 南京中科神光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/091;H01S3/16
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

技術領域

本發明屬于激光放大技術領域，涉及固體激光放大器，特別是一種高光束質量緊湊型板條激光放大裝置。

背景技術

板條放大器是常見的固體激光功率放大器之一，由于其板條狀的幾何結構可以消除應力感生雙折射，同時可采用面抽運和冷卻方式，對熱效應進行自補償，從而得到更好的光束質量和更高的輸出功率，因此板條放大器成為激光放大技術研究的熱點之一。

板條放大器目前主要有Z形板條放大器與部分端面泵浦板條放大器兩種。其中，Z形板條放大器由美國通用電氣公司的Martin和Chernoch于1972年的報道中提出，展示了其大幅度減小熱感應光學畸變、改進激光性能的特點，其結構如圖1所示。板條激光介質在均勻泵浦、大面冷卻時，由于大面垂直方向存在溫度梯度，為此通常把板條的兩個端面切成布儒斯特角，并將上下兩個大面拋光，入射種子激光整形為條形并與板條放大器的通光孔徑相匹配，種子光入射板條后在兩個大面上通過全內反射以Z形光路往復傳輸，則激光在Z向的溫度梯度相互補償，從而有效消除一階熱透鏡效應，實現高功率激光放大。但是這種情況下，布儒斯特角帶來的像差會降低激光的光束質量，激光介質上下兩個大面由于高度平行形成平平諧振腔導致寄生振蕩比較嚴重，從而降低了提取效率。此外，這種激光介質對加工的精度要求也很高。

另一種部分端面泵浦板條放大器由德國夫瑯和費激光所的杜可明等人在1988年提出，被稱為Innoslab放大器。這種激光器在緊湊的空間內實現了大功率、高光束質量的激光振蕩輸出，其結構如圖2所示。部分端面泵浦是指泵浦光被整形成一條橫截面為長方形的細線入射至晶體端面，與傳統板條激光器相比，泵浦光只泵浦了晶體的一部分，在晶體中央構成了薄片狀的增益層并與激光模體積匹配。同時，入射種子激光整形為小口徑光束，通過Z形光路沿板條大面平行方向多次往返直接通過板條介質，種子激光光束口徑小、功率密度高、且多程往返放大，因此可實現高功率激光放大。不過，該結構反射鏡繁多，增加了該裝置的調節難度且降低了裝置的穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統Innoslab放大器裝置復雜性和調節難度的同時保證放大激光的光束質量，提供一種高效率、高功率、高光束質量的板條激光放大裝置。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：

一種高光束質量緊湊型板條激光放大裝置，包括激光介質、泵浦源、輸出泵浦光、種子激光源，輸出種子激光束；第一腔鏡和第二腔鏡，二者分別位于所述激光介質的兩側構成混合腔；

其特征在于：

所述激光介質設置為長≥寬>高的板條狀，以所述激光介質長×寬面為水平面；第一腔鏡在平行水平面方向為平凹透鏡；第二腔鏡為平凸柱透鏡，其柱面母線垂直于所述水平面，第二腔鏡在平行水平面方向為平凸透鏡；二腔鏡各自的凹凸面均朝向所述激光介質；對第二腔鏡凸面兩端垂直于所述水平面的棱分別做倒角處理，形成兩個斜側柱面；

所述泵浦光透過第一腔鏡照射至激光介質的長×高面；種子激光束經第二腔鏡的斜側面反射至激光介質并通過激光介質后，經第一腔鏡反射準直，準直后的光束再次通過激光介質后經第二腔鏡反射擴束，種子激光束在第一腔鏡和第二腔鏡之間多次反射并通過激光介質后，在第二腔鏡的另一斜側面耦合出射。以不同角度入射，種子激光束可在激光介質中通過不同的次數，從而可根據實際需求在激光介質的損傷閾值內得到不同功率的高光束質量的激光輸出。

優選的，所述激光介質的長×寬面設有冷卻裝置。將冷卻裝置設置在激光介質大面上可提供更好的冷卻效果，有效的降低熱透鏡和熱致雙折射效應；冷卻裝置采用紫銅或其他高導熱系數材料制作，可以直接焊接在激光介質上，也可以通過插入導熱片的方式固定在激光介質上；冷卻裝置中使用的冷卻介質可以是水或混合液等液體，也可以是空氣或氮氣或混合氣體等氣體。

優選的，所述激光介質的長×高面鍍有對所述種子激光束和所述泵浦光均高透射的膜。也可在兩個寬×高端面做粗糙化處理以抑制寄生振蕩。

優選的，所述激光介質材料為紅寶石、鈦寶石或摻雜釹(Nd)或鐿(Yb)離子的晶體、陶瓷或玻璃。