[發明專利]一種基于雙波長雙端泵浦結構的Yb:YAG激光放大器

在審

• 申請號: 202110339538.5
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113131323A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 趙智剛;王上;劉兆軍;叢振華;張行愚
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/0941;H01S3/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 趙龍群

本發明涉及一種基于雙波長雙端泵浦結構的Yb:YAG激光放大器，包括種子光源和雙波長雙端泵浦結構兩部分；雙波長雙端泵浦結構包括940nm半導體激光器、第一泵浦耦合透鏡、第二泵浦耦合透鏡、第一雙色鏡、第二雙色鏡、Yb:YAG晶體、第三雙色鏡、第四雙色鏡、第三泵浦耦合透鏡、第四泵浦耦合透鏡、969nm半導體激光器；本發明采用940nm和969nm雙波長雙端泵浦，解決了同一波長雙端泵浦Yb:YAG激光放大器存在的半導體激光器損傷問題；并且充分利用了Yb:YAG晶體的兩個光譜吸收峰，在保證放大器系統安全的前提下吸顯著提高了Yb:YAG晶體放大器的泵浦功率。

技術領域

本發明涉及一種基于雙波長雙端泵浦結構的Yb:YAG激光放大器，屬于激光放大器技術領域。

背景技術

摻鐿釔鋁石榴石(Yb:YAG)晶體由于其優異的物理和光學特性而被廣泛用作1.0μm激光放大器的增益介質，包括連續激光、準連續激光以及超短脈沖激光放大器。根據Yb:YAG晶體的幾何形態進行劃分，典型的Yb:YAG放大器主要包括：塊狀晶體放大器、細棒狀晶體放大器、晶體光纖放大器、板條放大器和薄片放大器。

Yb:YAG晶體主要有兩個光譜吸收峰，一個在940nm附近，另一個在969nm附近。由于Yb:YAG晶體在940nm附近具有較大的吸收帶寬，因此對泵浦激光的波長穩定性要求相對較低。相比之下，Yb:YAG晶體在969nm的吸收帶寬較窄，通常需要對泵浦激光器進行波長鎖定。此外，因為969nm處于Yb:YAG晶體的零聲子吸收線寬內，所以由量子虧損帶來的熱效應相較于940nm泵浦可以降低約34％，這表示在相同的熱效應程度下采用969nm激光泵浦可以提高約48％的泵浦功率密度(Optics Letters,2012,37(15):3045-3047.)。

從泵浦結構來看，常規的Yb:YAG激光放大器通常以端面泵浦和側面泵浦為主。其中，端面泵浦包括單端泵浦和雙端泵浦兩種結構。相較于單端泵浦，雙端泵浦可以提供更高的泵浦功率、更加均勻的熱效應分布。然而，從光路傳播來看，雙端泵浦的耦合透鏡會形成一組對稱的成像系統，即一端半導體激光器輸出的泵浦光會經過耦合透鏡進入另一端半導體激光器的光纖當中。由于Yb:YAG晶體的泵浦吸收效率是有限的，在高功率下兩端均會產生較多的剩余泵浦功率，從而對半導體激光器內部或輸出光纖造成嚴重的光損傷，進而產生較大的經濟損失。

在實際應用當中，通常采用兩種方法來降低雙端泵浦對半導體激光器的光損傷。一種方法是通過同時降低兩側泵浦功率來保證一側剩余的泵浦光不會對另一側半導體激光器造成損傷。另一種方法是讓兩側泵浦光在晶體中不完全重合而在空間橫向上有一定偏離，從而使一側剩余泵浦光不會通過耦合透鏡進入另一側半導體激光器的光纖當中。然而，上述兩種方法均存在一定的不足。首先，第一種方法不能為高功率放大器提供足夠的泵浦功率，這在一定程度上失去了雙端泵浦的意義。第二種方法會使信號光和泵浦光引入一定的橫向空間模式失配，從而導致放大效率以及信號光光束質量的顯著降低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于雙波長雙端泵浦結構的Yb:YAG激光放大器。本發明通過采用940nm和969nm雙波長雙端泵浦的方式，即在940nm波長泵浦端加入一個940nm高透、969nm高反的雙色鏡，以及在969nm波長泵浦端加入一個969nm高透、940nm高反的雙色鏡，分別將兩種波長的剩余泵浦光從系統當中導出，有效解決了同一波長雙端泵浦Yb:YAG激光放大器存在的半導體激光器在940nm波長泵浦端損傷問題，極大地提高了放大器的穩定性和安全性。

術語解釋：

1.Yb:YAG：摻鐿釔鋁石榴石。

本發明的技術方案為：

一種基于雙波長雙端泵浦結構的Yb:YAG激光放大器，該激光放大器包括種子光源和雙波長雙端泵浦結構兩部分；

種子光源輸出的信號光通過空間光路輸入到雙波長雙端泵浦結構中；