[發明專利]一種基于碟片晶體的激光放大方法與固體激光放大器

有效

• 申請號: 201710396015.8
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107039878B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 朱廣志;余金波;董靜;朱曉;王海林;宋恩茂
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/081;H01S3/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王世芳;李智

技術領域

本發明屬于激光技術領域，更具體地，涉及一種基于碟片晶體的激光放大方法與固體激光放大器。

背景技術

碟片晶體固體激光放大器是一種新型的固體激光放大器，該裝置能夠將一束高質量的種子光多次通過處于粒子數反轉狀態下的碟片晶體，從而使輸出的光束既具備種子光的高質量，又能夠獲得較高的功率和能量，種子光每經過碟片晶體一次，會被放大兩次。碟片晶體固體激光放大器與其它激光放大器的本質區別就在于其激光工作物質為碟片晶體，碟片晶體的厚度很薄，約為100μm～400μm，直徑約為5mm～30mm，其上表面鍍有對泵浦光與入射種子光的高增透膜，下表面鍍有對泵浦光和種子光的高反膜，并封裝在金屬熱沉上。通過對熱沉背面高效的冷卻，實現了一維的溫度梯度，極大地減小了碟片晶體的熱畸變，從而保證了入射種子光在光放大的過程中，保持較好的光束質量。

CN103996965公開了一種基于雙碟片串接的激光多程放大器，該激光放大器采用共軛設置的拋物面鏡，雙碟片固定于兩端的拋物面鏡中心，而反射光必須通過中間兩個拋物面鏡中心的開孔。雖然該專利能夠通過雙碟片設置能夠提高泵浦光利用率，并通過共軛設置的拋物面鏡增大光程，但仍具有下列缺點：

1、由于反射光必須通過中間兩個拋物面鏡的中心孔，只能根據事先設定的放大次數定制拋物面鏡的尺寸參數，無法根據種子光的光斑大小進行適應性調整。如果目標光斑尺寸大于中間兩個拋物面鏡的中心孔尺寸，則超出尺寸限制的部分會被反射，無法透過中心孔，不能進一步放大，即該方案不具有通用性，只能根據使用場合訂制不同鏡片。

2、由于該放大器只能事先訂制鏡片尺寸，即中間兩個拋物面鏡的中心孔尺寸一旦加工完畢就無法更改，而所有光線要經過兩個碟片晶體放大都必須通過中心孔，導致四個拋物面鏡的相對位置也被限制，且光路的反射范圍也僅限于四個拋物面鏡之間，導致一旦加工成型，就無法再通過增加其他光學元件的方式對光路進行擴展，最多只能放大40次。

3、在該放大器中，種子光和泵浦光都在共軛雙拋物面鏡上進行反射，而拋物鏡面的受熱變形會影響泵浦光的光斑形狀，一方面，光斑變形本身就會導致光束質量變差；另一方面，變形的光斑如果超出中心孔的尺寸限制，超出的部分同樣無法通過中心孔，不能被繼續放大，從而影響碟片晶體的放大性能，同樣會導致放大器輸出的種子光的光束質量變差。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明旨在通過串接兩個共用碟片晶體的放大單元來對種子光進行放大，由此解決現有技術中種子光放大次數低，光束質量差的技術問題，并且得到整形的高斯光束或者具有偏振特性的光束。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于碟片晶體的激光放大方法，其中，兩個放大單元共用一個碟片晶體D，種子光在其中一個放大單元中經碟片晶體D放大后，先進行準直擴束，再傳遞到另一個放大單元中，經碟片晶體D進一步放大。

為了達到上述目的，本發明還提供了一種基于碟片晶體的固體激光放大器，包括：第一放大單元、第二放大單元以及準直擴束單元；準直擴束單元連接第一放大單元和第二放大單元，用于將第一放大單元輸出的光準直擴束后輸入第二放大單元；其中，第一放大單元和第二放大單元共用一個碟片晶體D。

進一步地，第一放大單元、第二放大單元中的至少一個包括：第一拋物面鏡-直角棱鏡組件和第二拋物面鏡-直角棱鏡組件，第一拋物面鏡-直角棱鏡組件和第二拋物面鏡-直角棱鏡組件分別位于碟片晶體D法線兩側；

第一拋物面鏡-直角棱鏡組件包括拋物面鏡C1和直角棱鏡B1；直角棱鏡B1的斜面正對拋物面鏡C1，且垂直于碟片晶體D的法線；

第二拋物面鏡-直角棱鏡組件包括拋物面鏡C2和直角棱鏡B2；直角棱鏡B2的斜面正對拋物面鏡C2，且垂直于碟片晶體D的法線；

其中，拋物面鏡C1、拋物面鏡C2、直角棱鏡B1、直角棱鏡B2、拋物面鏡C1、拋物面鏡C2以及碟片晶體D沿種子光的傳播路徑布置；

種子光的部分傳播路徑為：入射→D→C1→B1→C1→D→C2→B2→C2→出射。

進一步地，拋物面鏡C1和拋物面鏡C2所在的拋物面重合。

進一步地，第一放大單元、第二放大單元中的至少一個包括：平面反射鏡A2、平面反射鏡A3、平面反射鏡A4、平面反射鏡A5以及球面反射鏡E1；平面反射鏡A2～A5以及球面反射鏡E1沿種子光的傳播路徑布置；其中，

平面反射鏡A3、A4、A5分布在碟片晶體D法線一側，平面反射鏡A2分布在碟片晶體D法線另一側兩側，并且，平面反射鏡A4和平面反射鏡A5相對于球面反射鏡E1設置；