一种板条激光放大器及其激光输出方法技术

本发明专利技术公开了一种板条激光放大器及其激光输出方法，包括种子激光模块、泵浦模块、增益介质模块、双色镜模块，所述泵浦模块、双色镜模块、增益介质模块并列设置，所述种子激光模块设于所述并列设置的模块一侧，还包括反射镜模块，所述增益介质模块包括激光晶体和2块冷却热沉，所述激光晶体为掺杂激光晶体与2块非掺杂激光晶体无胶键合在一起，所述激光晶体的厚度为0.5-1.5mm，本发明专利技术利用超薄板条结构的键合激光晶体作为激光放大器的增益介质，采用反射镜模块达到双程放大，减少了激光晶体的热效应，增强了激光晶体表面损伤阈值，增加了激光增益提取效率，可以获得高输出功率、高光束质量的连续或脉冲激光放大输出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括种子激光模块、泵浦模块、增益介质模块、双色镜模块，所述泵浦模块、双色镜模块、增益介质模块并列设置，所述种子激光模块设于所述并列设置的模块一侧，还包括反射镜模块，所述增益介质模块包括激光晶体和2块冷却热沉，所述激光晶体为掺杂激光晶体与2块非掺杂激光晶体无胶键合在一起，所述激光晶体的厚度为0.5-1.5mm，本专利技术利用超薄板条结构的键合激光晶体作为激光放大器的增益介质，采用反射镜模块达到双程放大，减少了激光晶体的热效应，增强了激光晶体表面损伤阈值，增加了激光增益提取效率，可以获得高输出功率、高光束质量的连续或脉冲激光放大输出。【专利说明】
本专利技术涉及固体激光放大器
，具体涉及一种板条激光放大器及其激光输 出方法。
技术介绍
激光放大器和激光（振荡）器都是基于"受激辐射的光放大"同一物理过程，唯一 的区别是激光放大器没有谐振腔。激光放大器能够得到高输出功率（能量）、高光束质量激 光束；而高输出功率和高光束质量这两指标在激光器中是一个矛盾的过程，难以同时满足。 在激光放大器系统中，一般包括提供高光束质量而输出功率较低的种子激光束作为输入激 光，输入激光再经过激光放大器进行功率（能量）的放大，从而得到高输出功率和高光束质 量的激光输出。 在现有的大功率激光放大器系统中，主要存在的问题是激光增益介质中存在的热 问题。为了处理其中热的影响，一般通过对激光增益介质进行特殊的设计来增加散热，目前 主要包括：一种是在纵向进行拉长（长度数百毫米?数米），横截面变得非常细（直径约几 百微米），也就是光纤（Fiber)激光放大器；一种是在纵向进行压缩（厚度约几百微米），横 截面变得很大（直径约数毫米），也就是叠片（Thin-Disc)激光放大器；还有一种是做成板 条状，其厚度较小，宽度和长度较大，也就是板条激光器。其中由于较强非线性效应的存在 使得光纤激光放大器在激光放大特别是超短脉冲激光的放大上存在限制；而叠片激光放大 器中则存在激光作用距离短、系统结构复杂等问题；相较而言，板条激光放大器由于不存在 以上问题的限制在大功率激光放大特别是超短脉冲激光的放大上有很大的优势。 在现有的板条激光放大器系统中，由于板条状的激光晶体厚度仍较大，散热时不 可避免的存在温度梯度，从而降低了激光束的质量；直接在激光增益晶体表面镀上膜，从而 限制了激光晶体表面的损伤阈值；输入激光在板条激光晶体内部为Z型路径，其折角一般 较大，泵浦增益的利用率较低，因此激光晶体散热差、激光损伤阈值低、泵浦增益利用率低 仍然是现有技术存在的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种散热好、激光损伤阈值高、泵浦 增益利用率高的板条激光放大器及其激光输出方法。 为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案： -种板条激光放大器，包括种子激光模块、泵浦模块、增益介质模块、双色镜模块， 所述双色镜模块包括平行排列的双色镜一和双色镜二，所述增益介质模块设于双色镜模块 内侧，所述泵浦模块包括平行排列的泵浦一和泵浦二，分别设于双色镜模块外侧，所述泵浦 模块、双色镜模块、增益介质模块并列设置，所述种子激光模块设于所述并列设置的模块一 侧，所述增益介质模块包括激光晶体和2块冷却热沉，所述2块冷却热沉分别与激光晶体的 长宽侧面固定连接； 还包括反射镜模块，所述反射镜模块包括反射镜一和反射镜二，所述反射镜一和 反射镜二设于所述种子激光模块的对侧，所述反射镜一和反射镜二均为平面镜； 所述激光晶体包括掺杂激光晶体和2块非掺杂激光晶体，所述激光晶体长度和宽 度大于厚度，所述激光晶体厚为〇. 5-1. 5mm，所述非掺杂晶体键合于掺杂激光晶体的长高面 上，与掺杂激光晶体并列设置，所述非掺杂晶体的宽度为0. 5-5. Omm ; 所述泵浦模块输出的泵浦激光横截面为长条矩形光斑，宽度小于激光晶体的厚 度。 进一步，所述反射镜一和所述反射镜二表面均镀有对种子激光高反射率的膜。 进一步，所述掺杂晶体与非掺杂晶体的键合方式为无胶键合。 进一步，所述激光晶体的长高面上均镀有对泵浦激光和种子激光都具有高透过率 的膜。 进一步，所述双色镜一或双色镜二绕中心轴线旋转，使其之间呈Γ -KKV角度 设置。 进一步，所述激光晶体的长度为5-1000mm，宽度为5-500mm。 进一步，所述非掺杂激光晶体为钇铝石榴石晶体、钒酸钇晶体中的一种。 进一步，所述惨杂晶体为所述惨杂激光晶体为以非惨杂激光晶体为基质材料，并 掺杂钕、镱中的一种兀素。 另，本专利技术还提供一种如上所述板条激光放大器的激光输出方法，所述输出方法 包括如下步骤： 第一步：种子激光模块发射出种子激光，种子激光以与入射面法线呈5-30°的角 度α入射到非掺杂激光晶体，并穿过整个激光晶体，两侧的泵浦激光模块发射出长条矩形 光斑，透过双色镜和非掺杂激光晶体，入射到掺杂激光晶体使其成为增益区域，2块冷却热 沉为掺杂激光晶体散热，消除热透镜对激光放大的影响，种子激光在增益区域得到放大； 第二步：种子激光入射并通过激光晶体后，经双色镜二反射，再次入射并通过激光 晶体，所述种子激光在双色镜一和双色镜二之间多次反射并多次通过激光晶体后，得到激 光束一； 第三步：激光束一投射到反射镜一上，经反射镜一将所述激光束一反射至反射镜 二，反射镜二将激光束一反射至激光晶体，激光束一以角度α入射并通过激光晶体，在双 色镜一和双色镜二之间多次反射并多次通过激光晶体后，得到激光束二； 第四步：激光束二从激光晶体出射，得到输出激光。 本专利技术的有益效果如下： 1、采用超薄板条状掺杂激光晶体作为增益介质，掺杂激光晶体厚度非常小使得散 热距离极短，激光晶体长宽侧面面积非常大使得散热面积非常大，通过冷却热沉的高效散 热作用使得晶体内部避免了热的聚集，激光晶体的热分布非常均匀，没有热梯度，从而消除 了热透镜对激光放大的影响，确保可以得到高光束质量的输出激光。 2、掺杂晶体散热速度快于空气，在掺杂激光晶体两侧键合非掺杂激光晶体，可提 高掺杂晶体长高侧面的散热速度，避免出现热梯度，提高输出激光的光束质量。 3、在掺杂激光晶体两侧键合非掺杂激光晶体，在非掺杂激光晶体表面镀膜，避免 了掺杂晶体热效应和热应力对膜的影响，从而增大了激光晶体表面损伤阈值。 4、采用反射镜模块，使种子激光通过激光晶体的次数加倍，激光路径基本覆盖了 激光晶体的所有增益区域，从而使得泵浦激光增益的利用率非常高。 5、两个双色镜之间设置一个微小夹角，避免形成平平腔谐振结构，可防止激光自 激振汤。 6、采用横截面为长条矩形光斑作为泵浦激光，可以提高泵浦激光的有效利用率。 7、采用全固态紧凑结构，结构简单、成本低。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的整体俯视结构示意图； 图2为本专利技术的增益介质模块的主视图； 图3为本专利技术的增益介质模块的左视图。 图中：1-种子激光模块；2-泵浦模块；21-泵浦一；22-泵浦二；3-种子激光 束；4 一增益介质模块；41 一掺杂激光晶体；42-非掺杂激光晶体；43-冷却热沉；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板条激光放大器，包括种子激光模块、泵浦模块、增益介质模块、双色镜模块，所述双色镜模块包括平行排列的双色镜一和双色镜二，所述增益介质模块设于双色镜模块内侧，所述泵浦模块包括平行排列的泵浦一和泵浦二，分别设于双色镜模块外侧，所述泵浦模块、双色镜模块、增益介质模块并列设置，所述种子激光模块设于所述并列设置的模块一侧，所述增益介质模块包括激光晶体和2块冷却热沉，所述2块冷却热沉分别与激光晶体的长宽两个侧面固定连接，其特征在于：还包括反射镜模块，所述反射镜模块包括反射镜一和反射镜二，所述反射镜一和反射镜二设于所述种子激光模块的对侧，所述反射镜一和反射镜二均为平面镜；所述激光晶体包括掺杂激光晶体和2块非掺杂激光晶体，所述激光晶体长度和宽度大于厚度，所述激光晶体厚为0.5‑1.5mm，所述非掺杂晶体键合于掺杂激光晶体的长高面上，与掺杂激光晶体并列设置，所述非掺杂晶体的宽度为0.5‑5.0mm；所述泵浦模块输出的泵浦激光横截面为长条矩形光斑，宽度小于激光晶体的厚度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康民强，邓颖，张永亮，郑建刚，王方，朱启华，张崑，朱娜，田晓琳，张雄军，郑万国，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51