[發明專利]一種陣列式棒狀激光放大器

有效

• 申請號: 201710731846.6
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107437720B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 王江峰;陳亞林;范薇;黃庭瑞;郭江濤
• 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;H01S3/091;H01S3/04;H01S3/042;H01S3/16;H01S3/17;H01S3/23
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明公開一種陣列式棒狀激光放大器，由泵浦源、耦合透鏡組、組合式激光增益介質、機械結構四部分組成。本發明采用陣列式小口徑棒狀激光增益介質，避免了激光增益介質尺寸受限的問題，且棒的數量可根據能量需求調整，具有靈活性。激光增益介質棒水平方向側面間膠合可吸收放大的自發輻射且熱導率高于增益介質的材料，豎直方向側面間為冷卻液體流道，采用這種方式可提高熱管理效果。通過合理設計增益介質的形狀，可降低自發輻射及寄生振蕩的影響。本發明具有系統結構緊湊、輔助循環系統簡單、可靠性好、效率高的特點。

技術領域

本發明涉及高功率重復頻率固體激光器技術領域，具體為一種陣列式棒狀激光放大器。

背景技術

高效重頻固體激光技術是高功率激光驅動器的主要技術發展方向之一。但系統中嚴重的熱效應限制了高功率激光驅動器重復頻率的進一步提升。面對系統中的熱效應問題，當前重頻固體激光器的解決方案主要從以下幾個方面出發：1、使用激光二極管(LD)泵浦替代氙燈泵浦，減小增益介質中的熱源；2、采用新型增益介質，用導熱率更高的晶體代替傳統的玻璃；3、采用新型散熱方式，增加散熱能力，如片狀放大器、板條放大器等。

但以上所述的措施都存在問題，如新型增益介質晶體，生長尺寸受限，故不能做成大口徑的增益介質，當前主流應用的Yb：YAG晶體，專利101338453采用提拉法生長的直徑約為35～50mm，文獻[Xu X,Zhao Z,Zhao G,et al.Comparison of Yb:YAG crystals grownby CZ and TGT method[J].Journal of Crystal growth,2003,57(3):297-300.]中報道了采用溫度梯度法生長的晶體尺寸為φ75mm×45mm，由此可見新型的激光晶體材料在高功率激光應用上的局限性。

采用面冷方式的片狀放大器，片式結構中橫向ASE、寄生振蕩嚴重，會導致增益分布不均勻、儲能效率低等，為抑制ASE，文獻[Banerjee S,Ertel K,Mason P D,etal.DiPOLE:a 10J,10Hz cryogenic gas cooled multi-slab nanosecond Yb:YAG laser.[J].Optics Express,2015,23(15):19542-51.]中報道了分別在Yb∶YAG放大器片周圍引入一圈Cr⁴⁺∶YAG包邊來吸收橫向ASE，此法雖然有效果，但仍需優化。此外，片狀放大器以多片式氣冷為主，而多片式氣冷結構還存在高速潔凈氣流的輔助循環系統結構復雜的問題。

因此，選擇合適的增益介質，研究新型高功率激光放大器的結構以及高效泵浦源，對系統進行有效的熱管理，是提高高功率激光驅動器重復頻率的關鍵所在。

發明內容

本發明提供一種陣列式棒狀激光放大器，陣列式激光增益介質各棒的激活離子濃度梯度摻雜，棒與棒豎直方向側面間填充對泵浦光傳輸無影響但可吸收激光增益介質ASE且熱導率高于激光增益介質的材料，激光增益介質棒豎直方向間通液體冷卻，從而實現激光放大器重復頻率運行，具有系統結構緊湊、熱管理效果好、效率高的優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種陣列式棒狀激光放大器，由泵浦源、耦合透鏡組、激光增益介質、機械結構四部分組成，其特點在于，所述的泵浦源由兩個平行且相對放置的激光二極管構成，所述的耦合透鏡組由兩個平行且相對放置的耦合透鏡構成，所述的激光增益介質安裝在所述的機械結構內，在與激光增益介質側面平行的機械結構的兩個相對側面分別嵌有比入射泵浦光斑尺寸大的透光窗口，在該機械結構上還分別設有進水孔和出水孔。