[發明專利]波導楔形鏡整形抽運光的五向抽運放大器

有效

• 申請號: 202110001735.6
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112803232B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 朱小磊;蔡宇航;張俊旋;劉繼橋;陳曉;宋鐵強
• 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: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/042;H01S3/08;H01S3/13
• 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

一種波導楔形鏡整形抽運光的五向抽運放大器，包括棒狀增益晶體，還包括五個波導楔形鏡、第一熱沉、激光二極管陣列和第二熱沉；所述的五個第一熱沉等間距的分布在所述的棒狀增益晶體的圓周上，并通過導熱材料與第一熱沉接觸，每個第一熱沉的同側邊均固定有所述的波導楔形鏡，且五個波導楔形鏡的光軸的延長線的交點與所述的棒狀增益晶體的中心重合；所述的激光二極管陣列輸出抽運光垂直入射至所述的波導楔形鏡，該激光二極管陣列固定在所述的第二熱沉上，且該第二熱沉通過絕緣隔熱材料與第一熱沉固定連接。本發明保證被放大信號光的能量提取效率和放大后激光光束的光束質量，具有結構簡單、成本低廉的優點。

技術領域

本發明屬于固體激光放大技術領域，特別適合于空基和天基的相干激光雷達的傳導冷卻激光器或激光放大器應用，具體涉及到一種波導楔形鏡整形抽運光的五向抽運放大器。

背景技術

傳統的側面抽運激光放大器頭部多為三向抽運循環水冷結構，不利于實現抽運光在晶體內分布的高功率密度和均勻度，也不利于航空航天平臺應用。針對傳導冷卻的特殊要求，提出了設計基于傳導冷卻機制的五向側面抽運激光晶體的光學耦合系統結構。在保證散熱效率的基礎下，五向側面抽運放大器相較三向側面抽運放大器能提供更高的能量密度和更均勻的抽運光分布，能大幅度提高激活粒子的能量利用效率，獲得更優化的光束質量。基于特殊設計的波導楔形鏡整形抽運光的五向側面抽運放大頭，在激光振蕩器和放大器系統中具有非常重要的應用。

發明內容

本發明的目的是針對傳導冷卻的特殊要求，提供一種波導楔形鏡整形抽運光的五向抽運放大器，該裝置使得被放大的信號光和抽運光模式匹配，提高能量利用效率；同時使抽運能量均勻分布，保證良好的光束質量。

本發明的基本原理是通過特殊設計波導楔形鏡使抽運光和信號光在棒狀晶體內模式匹配，得到大能量高光束質量的信號光。

本發明技術解決方案如下

一種波導楔形鏡整形抽運光的五向抽運放大器，包括棒狀增益晶體，其特點在于，還包括五個波導楔形鏡、第一熱沉、激光二極管陣列和第二熱沉；

所述的五個第一熱沉等間距的分布在所述的棒狀增益晶體的圓周上，并通過導熱材料與第一熱沉接觸，每個第一熱沉的同側邊均固定有所述的波導楔形鏡，且五個波導楔形鏡的光軸的延長線的交點與所述的棒狀增益晶體的中心重合；

所述的激光二極管陣列輸出抽運光垂直入射至所述的波導楔形鏡，該激光二極管陣列固定在所述的第二熱沉上，且該第二熱沉通過絕緣隔熱材料與第一熱沉固定連接。

所述的波導楔形鏡的入射面和出射面均鍍有增透膜。

所述的波導楔形鏡的尺寸是特殊設計，設楔形鏡入射截面底L₁，出射截面底L₂，入射截面高h，滿足以保證被放大信號光和抽運光模式匹配，以保證被放大信號光和抽運光模式匹配。

所述的第一熱沉和第二熱沉均采用紫銅，通過水冷方式控制溫度。

所述的絕緣隔熱材料為聚酰亞胺、聚馬來酰亞胺或聚四氟乙烯。

所述的棒狀增益晶體的外側面為毛面，一部分用于接收波導楔形鏡導光，其余部分與第一熱沉接觸。優選的增益晶體外表面積50％接收從波導楔形鏡出射的抽運光，表面積50％與熱沉接觸。

所述的第二熱沉是L型結構，使得激光二極管發射激光正入射到所述的波導楔形鏡。

在抽運光源中，所述抽運源采用激光二極管陣列。每個二極管陣列激光能發射最多200W的功率，頻率1-20Hz可調，脈寬0-2ms可調。

在耦合光學系統中，所述波導楔形鏡通過光學環氧膠與第一紫銅熱沉連接,第一紫銅熱沉通過隔熱的聚酰亞胺與第二紫銅熱沉固定，激光二極管通過第二紫銅熱沉散熱。