[發明專利]一種模塊化拉曼組束激光器

在審

• 申請號: 202011442372.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112467512A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 白振旭;趙眾安;金舵;白振岙;王雨雷;呂志偉
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;北京國科世紀激光技術有限公司
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/30;H01S3/08;H01S3/094;H01S3/106
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種模塊化拉曼組束激光器，包括：泵浦源發出頻率為ω_p的泵浦光，經光隔離器后由第一偏振分束器分為水平偏振光p和豎直偏振光s兩束，水平偏振光p進入種子光產生模塊，經受激拉曼散射產生頻率為ω_s的Stokes種子光；豎直偏振光s作為泵浦光進入泵浦光放大模塊放大，放大后的泵浦光與Stokes種子光在拉曼增益模塊內相遇，Stokes種子光通過拉曼過程對泵浦光功率進行提取后輸出。通過上述方式，本發明能夠在實現高輸出功率的前提下進一步滿足對輸出功率的可控性需求。

技術領域

本發明涉及激光器領域，尤其涉及一種模塊化拉曼組束激光器。

背景技術

高功率、高光束質量的激光器在科研領域和工業領域均有廣泛且重要的應用，例如慣性約束聚變、激光高精度加工、遠程遙感等，自從激光器發明以來，人們對提高激光輸出功率的同時不損害其光束質量的技術有著極大的興趣。激光器高功率運轉下增益介質的熱透鏡效應導致的激光波前相位畸變與高光束質量激光輸出往往是矛盾的。目前獲得高功率單頻激光系統的方法主要有主振蕩功率放大(MOPA)和相干組束(CBC)。

MOPA技術可將激光功率提高到很高的水平，但是由于放大過程中放大器產生的自發輻射(ASE)導致的激光線寬展寬和增益介質熱效應引起的波前相位畸變都限制了MOPA結構的光束質量。CBC技術能夠使多路激光束相干疊加，其工作原理是將多束小能量、低功率的激光合成一束大能量、高功率的激光，是一種并行工作方式，但是由于光纖的損傷閾值限制，以及波導結構對光的強限制作用導致的高非線性效應增益(如受激布里淵散射)，限制了其功率的進一步提升。與此同時，其要求對多路激光束進行嚴格的相位控制以實現最大的放大效率，對整個激光系統的穩定性提出了很高的要求，且隨著模塊數量的增加，器件對光束的損耗以及該系統對相位的要求使得實現高效組合的概率急劇下降。

發明內容

本發明提供了一種模塊化拉曼組束激光器，本發明突破了單個激光器的功率屏障，在不損害光束相干性的前提下提升了光束的輸出功率，本發明選取具有高拉曼增益系數和高熱導率的金剛石作為拉曼增益介質，用于拉曼放大器，可實現較寬工作波長范圍、緊湊和穩定的輸出，詳見下文描述：

一種模塊化拉曼組束激光器，所述激光器包括：

激光器發出頻率為ω_p的泵浦光，經光隔離器后由第一偏振分束器分為水平偏振光p和豎直偏振光s兩束，水平偏振光p進入種子光產生模塊，經受激拉曼散射產生頻率為ω_s的Stokes種子光；豎直偏振光s作為泵浦光進入泵浦光放大模塊放大，放大后泵浦光與Stokes種子光在拉曼增益模塊內相遇，Stokes種子光通過拉曼過程對泵浦光功率進行提取后輸出。

其中，所述光隔離器由泵浦光波段的第一二分之一波片和法拉第隔離器組成。

進一步地，所述種子光產生模塊由泵浦光波段的第二二分之一波片、平凸透鏡和拉曼激光器輸入鏡、第一金剛石、拉曼激光器輸出鏡和長通濾光片組成；

所述拉曼激光器輸入鏡、第一金剛石、拉曼激光器輸出鏡組成金剛石拉曼振蕩器；

泵浦光和Stokes種子光的頻率關系為ω_s＝ω_p-ω_r，ω_r為金剛石拉曼頻移量。

其中，所述泵浦光放大模塊由n個第三二分之一波片、n個第二偏振分束器、n個激光放大器、n個全反鏡組成；