[發(fā)明專利]一種錐棒激光放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110581837.X
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113036583B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設計）人: 彭艷紅;楊毅
• 申請（專利權）人: 四川光天下激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/10;H01S3/13;H01S3/04;H01S3/042
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發(fā)明提供的一種錐棒激光放大器，屬于固體激光器領域，包括泵浦源，和依次同軸設置的種子源、發(fā)散透鏡、錐棒增益介質(zhì)及準直透鏡，錐棒增益介質(zhì)的入射端面和出射端面為同軸且球心均位于發(fā)散透鏡的焦點處的球面圓錐的球冠，滿足：；本發(fā)明還提出了由多級錐棒增益介質(zhì)組成的輪廓呈球面圓錐狀的錐棒增益介質(zhì)組，及錐棒增益介質(zhì)本身兼具發(fā)散透鏡的功能的改進的錐棒激光放大器，使得種子光能最大效率提取錐棒增益介質(zhì)內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的儲能，使錐棒激光放大器工作在接近飽和的狀態(tài)；本發(fā)明提出的錐棒激光放大器體積小、結構簡單。

技術領域

本發(fā)明屬于固體激光器領域，具體涉及一種激光放大器。

背景技術

固體激光放大器是獲得高功率、高光束質(zhì)量激光輸出的有效途徑，目前固體激光器中采用的激光增益介質(zhì)形狀為板條或棒狀，其中棒狀增益介質(zhì)有著價格低廉、結構簡單以及可實現(xiàn)高功率激光輸出的優(yōu)點而被廣泛的使用在工業(yè)、科研等領域。

為了從棒狀增益介質(zhì)中提取更多的能量，放大器常使用雙程或多程結構，導致激光放大器的結構復雜、體積較大、調(diào)試困難。提高光-光轉(zhuǎn)換效率能增加單次從增益介質(zhì)中獲得的增益，一定程度上可以避免使用雙程或多程結構，對小型的激光器而言，或者當需要縮小激光器體積時，尋找一種結構簡單并且能獲得更高光-光轉(zhuǎn)換效率的放大器是很必要的。并且傳統(tǒng)圓棒增益介質(zhì)無法使光功率密度和反轉(zhuǎn)粒子數(shù)能量在全部區(qū)域中匹配，當光功率密度不足以完全提取反轉(zhuǎn)粒子數(shù)儲能時，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)儲能向激光能量的轉(zhuǎn)換效率降低；當反轉(zhuǎn)粒子數(shù)儲能不足夠為光提供足夠的能量時，激光獲得的增益不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種錐棒激光放大器，以解決無法完全利用現(xiàn)有圓棒增益介質(zhì)儲能或儲能無法提供足夠增益的問題，尤其適用于無需冷卻、高脈沖能量、低重頻輸出的小型激光器。

本發(fā)明具體技術方案如下：

一種錐棒激光放大器，包括泵浦源，和依次同軸設置的種子源、發(fā)散透鏡及準直透鏡；其特征在于，所述錐棒激光放大器還包括同軸設置于發(fā)散透鏡和準直透鏡之間的錐棒增益介質(zhì)，所述錐棒增益介質(zhì)的入射端面和出射端面為同軸且球心均位于發(fā)散透鏡的焦點處的球面圓錐的球冠，滿足：；其中，分別為入射端面和出射端面的底的半徑，分別為入射端面和出射端面對應球面圓錐的半徑，分別為入射端面和出射端面的高，為種子源發(fā)出的種子光通過發(fā)散透鏡后的擴散角。

進一步地，所述錐棒增益介質(zhì)替換為由多級錐棒增益介質(zhì)組成的錐棒增益介質(zhì)組，錐棒增益介質(zhì)組整體輪廓呈球面圓錐狀；各級錐棒增益介質(zhì)的入射端面和出射端面為同軸且球心均位于發(fā)散透鏡的焦點處的球面圓錐的球冠，滿足：；其中，分別為入射端面和出射端面的底的半徑，分別為入射端面和出射端面對應球面圓錐的半徑，分別為入射端面和出射端面的高，為種子源發(fā)出的種子光通過發(fā)散透鏡后的擴散角。

進一步地，種子源發(fā)出的種子光通過發(fā)散透鏡后的擴散角，其中，為種子源發(fā)出的種子光的光斑尺寸，為發(fā)散柱透鏡的焦距。

進一步地，所述錐棒增益介質(zhì)的基質(zhì)材料包括晶體、玻璃或陶瓷，摻雜離子包括稀土離子和過渡金屬離子。

進一步地，所述種子源發(fā)出的種子光平行于軸線入射。

進一步地，所述擴散角的角度范圍為0.5~15°。

進一步地，所述擴散角的角度優(yōu)選為5°。

進一步地，所述泵浦源位于錐棒增益介質(zhì)的側(cè)面或出射端面，對錐棒增益介質(zhì)進行泵浦。

進一步地，所述錐棒激光放大器還包括用于冷卻錐棒增益介質(zhì)的熱沉；當泵浦源位于錐棒增益介質(zhì)的出射端面時，熱沉位于錐棒增益介質(zhì)的側(cè)面；當泵浦源位于錐棒增益介質(zhì)的部分側(cè)面時，熱沉位于錐棒增益介質(zhì)的剩余側(cè)面。