[發(fā)明專利]一種透鏡補(bǔ)償鈦寶石熱透鏡效應(yīng)的再生放大器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310117176.4
• 申請(qǐng)日: 2023-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116053907A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張傳標(biāo);陳靜;陳培榮;田曉光;趙英俊;李函飛;鄭琳;趙遵成;魯巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南省啟封新源光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/08
• 分類號(hào): H01S3/08
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 王凱迪

本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透鏡補(bǔ)償鈦寶石熱透鏡效應(yīng)的再生放大器，包括種子光源、增益介質(zhì)、泵浦源以及種子光反射鏡系統(tǒng)；泵浦源產(chǎn)生的泵浦光用于激勵(lì)增益介質(zhì)，為種子光源產(chǎn)生的種子光的放大提供能量，種子光反射鏡系統(tǒng)設(shè)置在種子光的光路上，以通過(guò)反射使種子光多次穿過(guò)增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)種子光的放大，還包括設(shè)置在種子光的光路上的補(bǔ)償透鏡，以將經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)放大的種子光穿過(guò)所述補(bǔ)償透鏡，實(shí)現(xiàn)減弱增益介質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)對(duì)放大的種子光的影響。即本發(fā)明只需要在種子光的光路上設(shè)置補(bǔ)償透鏡即達(dá)到避免增益介質(zhì)熱透鏡對(duì)種子光的影響的效果，相較于現(xiàn)有技術(shù)的液氮低溫制冷非常簡(jiǎn)單方便，易于控制和調(diào)節(jié)以及后期的維護(hù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種透鏡補(bǔ)償鈦寶石熱透鏡效應(yīng)的再生放大器。

背景技術(shù)

鈦藍(lán)寶石以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性、較高的機(jī)械耐久性和較寬的放大帶寬而被應(yīng)用于啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)，因?yàn)槠涮匦阅軌虍a(chǎn)生一種超高功率激光脈沖。比如有功率超過(guò)10PW的脈沖激光器在激光材料相互作用、粒子加速，以及極端的科學(xué)研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面有著廣泛的應(yīng)用。然而，當(dāng)鈦寶石作為增益介質(zhì)吸收泵浦光之后，部分能量會(huì)儲(chǔ)存在增益介質(zhì)內(nèi)使其升溫，在熱平衡狀態(tài)下增益介質(zhì)內(nèi)的溫度梯度會(huì)使其變成一個(gè)類透鏡介質(zhì)，此即熱透鏡效應(yīng)。熱透鏡效應(yīng)不只會(huì)造成被放大的激光種子源光束波前的扭曲，同時(shí)也會(huì)使此光束聚焦，這將導(dǎo)致激光種子源與泵浦光空間模式不匹配，降低了輸出能量效率，同時(shí)也會(huì)影響輸出光斑的形狀。

設(shè)計(jì)一種高平均功率鈦藍(lán)寶石放大器需要克服的主要困難是熱透鏡，實(shí)際上忽略應(yīng)力和熱膨脹效應(yīng)，Ti:Sapphire(摻鈦藍(lán)寶石)晶體中誘導(dǎo)熱透鏡的焦距可以表示為：其中r是泵浦光半徑，P_P是泵浦光功率，n是晶體的折射率，η與波長(zhǎng)有關(guān)，是泵浦功率被耗散成熱量的比例，K是熱導(dǎo)率。因此鈦寶石熱焦距和泵浦光功率、晶體折射率以及波長(zhǎng)熱導(dǎo)率都有關(guān)。

鈦寶石增益介質(zhì)內(nèi)部溫度梯度會(huì)引起折射率的變化，介質(zhì)的熱膨脹和光彈性效應(yīng)會(huì)引起鈦寶石表面彎曲變形，這三個(gè)因素都是熱透鏡效應(yīng)的具體表現(xiàn)。熱透鏡效應(yīng)和泵源的重復(fù)頻率有關(guān)，如果泵源的重復(fù)頻率在10Hz到100Hz范圍內(nèi)，鈦寶石的熱透鏡效應(yīng)很小，如果泵源重復(fù)頻率在1000Hz以上，鈦寶石的熱透鏡效應(yīng)就會(huì)很嚴(yán)重，進(jìn)而影響輸出光斑的形狀、輸出能量等。目前，解決鈦寶石熱透鏡效應(yīng)有一種方法，就是使用低溫冷卻技術(shù)，使用液氮將鈦寶石表面的溫度降低到77K，液氮能夠帶走泵源在鈦寶石上產(chǎn)生的熱量，能最大程度的抑制鈦寶石的熱透鏡效應(yīng)。但是這種方法需要使放大系統(tǒng)處在液氮當(dāng)中，裝置比較復(fù)雜，較難實(shí)現(xiàn)，不利于后期調(diào)試和維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種透鏡補(bǔ)償鈦寶石熱透鏡效應(yīng)的再生放大器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)運(yùn)用液氮解決鈦寶石熱透鏡效應(yīng)時(shí)存在裝置復(fù)雜不利于后期調(diào)試以及維護(hù)的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種透鏡補(bǔ)償鈦寶石熱透鏡效應(yīng)的再生放大器，包括種子光源、增益介質(zhì)、泵浦源以及若干個(gè)反射鏡組成的種子光反射鏡系統(tǒng)；所述泵浦源產(chǎn)生的泵浦光用于激勵(lì)增益介質(zhì)，以為種子光源產(chǎn)生的種子光的放大提供能量，所述種子光反射鏡系統(tǒng)設(shè)置在種子光的光路上，以通過(guò)反射種子光使種子光多次穿過(guò)增益介質(zhì)使種子光被多次放大，還包括補(bǔ)償透鏡，所述補(bǔ)償透鏡設(shè)置在種子光的光路上，以將經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)放大的種子光穿過(guò)所述補(bǔ)償透鏡，實(shí)現(xiàn)減弱增益介質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)對(duì)放大的種子光的影響。

其有益效果為：本發(fā)明通過(guò)在種子光經(jīng)過(guò)增益介質(zhì)后利用補(bǔ)償透鏡減弱增益介質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)，來(lái)避免增益介質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)導(dǎo)致的輸出光斑以及能量的影響，因此本發(fā)明并不是通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)將增益介質(zhì)置于設(shè)定溫度范圍內(nèi)的方式來(lái)避免增益介質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)，而是通過(guò)增加補(bǔ)償透鏡的方式來(lái)抵消增益介質(zhì)因溫度高而導(dǎo)致的熱透鏡效應(yīng)，并且本發(fā)明的再生放大器只需要在種子光的光路上設(shè)置補(bǔ)償透鏡即達(dá)到避免增益介質(zhì)熱透鏡對(duì)種子光的影響的效果，相較于現(xiàn)有技術(shù)的液氮低溫制冷非常簡(jiǎn)單方便，易于控制和調(diào)節(jié)以及后期的維護(hù)。

進(jìn)一步地，所述補(bǔ)償透鏡包括至少一個(gè)凹透鏡。