[發明專利]可實現高功率結構光場激光輸出的激光放大裝置及激光器

有效

• 申請號: 202010156248.2
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111403999B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 易家玉;胡浩;阮旭;涂波;曹海霞;高清松;唐淳
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/042;H01S3/094;H01S3/10
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陽佑虹

本發明公開了一種可實現高功率結構光場激光輸出的激光放大裝置及激光器。激光器包括直接液冷陣列分布式增益模塊、結構光種子光源、4f光束放大系統和泵浦系統。本發明針對直接液冷陣列式激光器受液體流動導致光束質量較差的弊端，創新性地提出了注入可高度抗干擾的結構光場作為種子源，通過大口徑圓形液冷激光增益模塊放大，獲得高功率、高光束質量的結構光場激光輸出。本發明的放大器和激光器不僅可以實現對直接液冷激光裝置的光束質量提升，同時可以獲得在大氣傳輸、精密測量等方面有重要作用的高功率結構光場激光，是一種新型的高功率激光裝置。

技術領域

本發明涉及高能激光技術領域，尤其是一種可實現高功率結構光場激光輸出的激光放大裝置及激光器。

背景技術

空間結構光場以其特殊的相位及偏振態分布特性，在精密測量、超分辨率成像、大容量光通信以及激光長距離抗干擾傳輸等領域有著廣闊的研究前景，已經成為光學領域的一個研究熱點。常見的產生空間結構光場的方法包括利用空間光調制器、螺旋相位板、Q板、硅基光子器件和微納金屬結構等，這些方法可實現類型多樣的結構光場，如具有螺旋相位分布的渦旋光場、具有無衍射傳輸特性的貝塞爾光場等。然而，這些方法不僅復雜且無法獲得高功率的結構光場激光。

另一方面，高平均功率全固態激光在前沿科學研究、國民經濟、國家安全等領域發揮著重要作用，是激光領域的研究熱點和重要方向。隨著激光功率增大而導致的嚴重熱效應成了限制全固態激光器獲得高平均功率、高光束質量激光輸出的核心問題。直接液冷是一種有效的熱管理方式，在這種高效熱管理的支撐下，可以將多片增益介質進行陣列式排列，實現分布式增益。這種增益方式的優點是可以在降低單片增益介質產熱率的同時在單位體積內獲得極高的增益，實現激光器的緊湊化、小型化。美國專利號US7366211B2公開了一種液體直接冷卻的激光器，所述激光裝置是一個將多片介質置于液體中，高通量泵浦方式實現激光輸出，這是一種新的激光器設計思路。但是對于這樣的一種激光器，由于流動的液體會影響激光傳輸，液體流動不可避免的抖動對輸出激光的光束質量影響甚大。

因此，若將可以實現激光長距離抗干擾傳輸的空間結構光場與直接液冷陣列分布式激光增益模塊相結合，不僅可以解決液體流動影響直接液冷激光器光束質量的問題，同時還可以獲得高功率的結構光場激光。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種可實現高功率結構光場激光輸出的激光放大裝置及激光器，以實現對直接液冷激光器光束質量提高的同時獲得高功率結構光場激光輸出。

本發明采用的技術方案如下：

一種可實現高功率結構光場激光輸出的激光放大裝置，激光放大裝置包括直接液冷陣列式增益模塊、泵浦系統和4f光束放大系統，其中：

泵浦系統用于向增益模塊注入泵浦光。

增益模塊在泵浦光的激勵下，產生激光增益。

4f光束放大系統用于對結構光種子光源輸出的低功率種子激光進行相傳遞和擴束處理，處理后的激光注入到增益模塊。

本發明激光放大器的工作原理為：泵浦系統將泵浦光注入到增益模塊中，增益模塊中產生激光增益。4f光束放大系統將結構光種子光源輸入的種子光進行擴束，將擴束后的光束從增益模塊的輸入端注入到增益模塊中進行增益放大，增益模塊將增益放大后的光束從輸出端輸出。上述激光放大器采用大增益口徑的直接液冷陣列式激光增益模塊，晶體生熱密度低，可以實現有效熱管理，且利用單一增益模塊即可實現多通放大。利用結構光場激光的抗干擾傳輸特性提高直接液冷激光器光束質量的同時獲得高功率的結構光場激光。

進一步的，泵浦系統由至少一套泵浦耦合系統構成，泵浦耦合系統包括相互匹配的泵浦光源和雙色分光鏡，雙色分光鏡對泵浦光反射、對激光透射，雙色分光鏡將泵浦光源輸出的泵浦光通過通光窗口反射進增益模塊中。

通過雙色分光鏡的設計，泵浦光和激光可以共路輸入到增益模塊，激光不受泵浦系統影響。