激光放大的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于将放大的方法，种子激光辐射沿辐照方向辐照的到激光放大介质，种子激光辐射具有横向种子激光强度分布，该横向种子激光强度分布通过辐照侧的变压器转换为平稳的输入强度分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光放大的方法
本专利技术涉及一种用于放大沿辐照方向辐射到激光有源放大器介质中的种子激光辐射的方法。本专利技术的另一主题是用于放大沿辐照方向辐射到激光有源放大器介质中的种子激光辐射的放大器。
技术介绍
当今的激光可以产生大功率范围的激光辐射。然而，特别是产生光束质量相对较高的激光辐射的激光，由于热透镜效应等效应，其最大可实现功率受到限制。然而，诸如激光退火等应用，例如通过规定的激光辐射在大面积上加热元件，则需要高功率的精确激光。然而，为了产生高光束质量和高功率的激光辐射，将使用布置在激光下游的光放大器。它们包括至少一种激光有源放大器介质，该介质可以通过先前输入的能量放大激光辐射。所述能量可以通过所谓的泵浦(例如，通过微波辐射或泵浦激光)以各种方式馈送到激光有源放大器介质中。在激光有源放大器介质的这种泵浦过程中能够应用的最大功率受到热效应的限制，热效应对光束质量产生不利影响，并且在超过中断阈值的情况下最终会导致放大器介质的破坏。为了放大的目的，激光产生的相对功率较低的激光辐射作为种子激光辐射沿照射方向辐射到激光有源放大器介质中。在激光有源放大器介质中传输时，注入激光有源放大器介质的部分能量被用来放大种子激光辐射。激光辐射使放大介质相对于种子激光辐射具有更高的放大功率。为了使用更多的泵浦能量来放大种子激光辐射并获得改进的增益，迄今为止种子激光辐射已通过激光有源放大器介质倍增，如DE10025874B4和EP1181754B1中所述。为此，种子激光辐射以一定角度辐射到放大器介质中。种子激光辐射的地方，具有200μm区域内的典型宽度，比通常具有10mm或更宽区域的放大器介质小得多。在第一次穿过放大介质后，放大的种子激光辐射被反射元件反射回放大介质。从放大器介质中产生的种子激光辐射和反射的种子激光辐射彼此具有角偏移，使得反射的种子激光辐射通过放大器介质的不同区域。在再次穿过放大器介质之后，辐射再次被另一反射元件反射到放大器介质中。这种情况一直持续到放大的种子激光辐射可以在给定的点离开放大器为止。然后，放大的种子激光辐射的典型宽度为2mm至3mm。然而，这些放大方法被证明是不利的，因为它们需要复杂的装置，而且由于使用反射元件和激光有源放大器介质所需的相对较大的尺寸，所以它们在结构上更为复杂、费用昂贵和使用容易出错。因此，本专利技术的目的是指定一种方法和放大器，以更简单和有效地放大已经通过放大器介质的单个通道的种子激光辐射。
技术实现思路
在说明书中所述类型的方法的情况下，由于种子激光辐射具有横向种子激光强度分布，而该横向种子激光强度分布由辐照侧的变压器元件转换为平台形输入强度分布，从而实现了上述目标。通过设置在辐照侧的放大介质上游的变压器元件，种子激光辐射可以适应激光有源放大介质的尺寸。在这种情况下，横向种子激光强度分布相对于纵向照射方向横向地产生种子激光辐射的尺寸。在这种情况下，只有储存在种子激光辐射穿过的激光有源放大器介质的区域中的一部分能量放大种子激光辐射。因此，只有位于种子激光辐射在照射方向上的横向强度分布内的放大器介质区域才有助于放大。这些区域也被称为种子激光辐射和放大器介质之间的重叠。通过变换可以增大种子激光辐射与放大介质之间的重叠。变换后的种子激光辐射的平台形输入强度分布(以这种方式进行调整)可以在第一个过程中横穿激光有源放大器介质的整个区域。在这种情况下，平台形意味着至少沿一个方向的强度分布具有强度基本均匀的强度范围。储存在整个激光有源放大器介质中的能量基本上可用于放大种子激光辐射。这种放大可以在第一次通过放大介质时进行。用于相同放大的放大介质的数量可以减少，以此降低费用。通过变换，可以提高提取效率、放大获得的激光功率与泵浦激光有源放大器介质所需的功率之比。提取效率在30％到60％，最好是35％到50％，特别是40％之间。在相同放大和/或来自放大介质的激光辐射输出功率相同的情况下，可以减小由泵浦引起的热效应。放大可以在更高的能效下进行。用于将种子激光辐射引导回放大器介质的反射元件和易受故障影响的复杂装置可以省去。该方法的一个改进提供输入强度分布，其适用于相对于辐射方向横向延伸的放大器介质的增益函数分布。增益函数分布根据种子激光在放大介质上的入射点，指定种子激光辐射被放大的程度。通过使输入强度分布适应增益函数分布，可以进一步改进基本上在输入强度分布和增益函数分布的叠加方式发生的放大。在相同的比例下，可以放大不同强度的输入强度分布。放大后也可以保持输入强度分布的形状。输入强度分布可以在一个或多个方向上适应，特别是在相对于辐射方向横向的两个横向上。可以避免在增益函数分布为小或为零的放大介质的边缘区域以波长依赖方式发生的衍射效应。变换后的种子激光辐射在边缘区域可以很小或基本上为零。由于这种适应性，二极管激光堆栈，特别是二极管激光棒，可以以高效且省钱的方式用于泵浦激光有源放大器介质。二极管激光堆发射的激光辐射的光束质量在其横向快慢轴上有显著差异；举例来说，光束质量因子可以是：对于快轴，M2<10到M2<2，对于慢轴，M2≥1000。不同的光束质量可以得到不同的横向增益函数分布。通过自适应，变换后的种子激光辐射可以适应这种不同的光束质量。如果种子激光强度分布是钟形曲线，特别是高斯曲线，这是有利的。这可以作为种子激光的不同激光源的结果，特别是包括点激光源。可以省略激光源的激光束的附加成形和/或变换。特别优选地，转换后的种子激光辐射具有与种子激光辐射的基本模式不对应的振荡模式。通过与基本模式不对应的振荡模式，可以以简单的方式调整变换后的种子激光辐射的输入强度分布的形状。优选地，转换后的种子激光辐射具有与种子激光辐射的基本模式不对应的横向振荡模式，特别是多个所述横向振荡模式。振荡模式的最大值数目可以沿两个横向偏离基本振荡模式的最大值数目，最好沿一个横向。另一配置提供输入强度分布的最大强度小于种子激光强度分布的最大强度。输入强度分布的较小的最大强度使得降低辐射到放大器介质的功率密度成为可能。对于相同的总功率，可以通过扩大光强分布来降低功率密度。由于较低的功率密度，可以避免热效应，并且可以在阈值破坏下操作放大器介质。输入强度分布的最大强度可以小于种子激光强度分布的最大强度的2到5倍。此外，如果输入强度分布基本上以矩形方式体现，特别是作为超高斯分布或顶帽分布体现，这是有利的。矩形输入强度分布可以简单地适应激光有源放大器介质。超高斯分布，即高阶高斯分布或顶帽分布可以提供具有与输入强度分布的最大强度相对应的基本恒定强度的范围。放大器介质可以通过这些输入强度分布的范围均匀地加载。此外，如果输入强度分布具有连续的边缘级数，特别是以高斯曲线的边缘的方式，这可以是有利的。连续的边缘级数可以减少边缘区域中衍射效应的影响，因为只有输入强度分布的低强度范围受到影响。具有连续边缘级数的输入光强分布经放大后可以转换为高质量的高斯型光强分布，以供进一步应用。可以提供输入强度分布，以保持种子激光强度分布沿种子激光辐射的横向的形状，特别是沿快轴的形状。通过对种子激光强度的自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种放大种子激光辐射(4)的方法，所述种子激光辐射(4)沿辐射方向(E)辐射到激光有源放大器介质(2)中，/n其特征在于，/n种子激光辐射(4)具有横向种子激光强度分布(4.1、4.2)，所述横向种子激光强度分布(4.1、4.2)通过辐照侧的变压器元件(3)转换为平台形输入强度分布(5.1、5.2)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 DE 102017126453.11.一种放大种子激光辐射(4)的方法，所述种子激光辐射(4)沿辐射方向(E)辐射到激光有源放大器介质(2)中，
其特征在于，
种子激光辐射(4)具有横向种子激光强度分布(4.1、4.2)，所述横向种子激光强度分布(4.1、4.2)通过辐照侧的变压器元件(3)转换为平台形输入强度分布(5.1、5.2)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入强度分布(5.1、5.2)适用于相对于所述辐射方向(E)横向延伸的所述放大器介质(2)的增益函数分布(2.1、2.2)。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述种子激光强度分布(4.1、4.2)呈钟形曲线，特别是高斯曲线。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述变换后的种子激光辐射(5)具有与所述种子激光辐射(4)的基本模式不对应的振荡模式。


5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入强度分布(5.1、5.2)的最大强度(IE)小于所述种子激光强度分布(4.1、4.2)的最大强度(IS)。


6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入强度分布(5.1、5.2)基本上以矩形形状体现，特别是作为超高斯分布或顶帽分布体现。


7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入强度分布(5.1、5.2)具有连续的边缘级数，特别是以高斯曲线的边缘的方式。


8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述输入强度分布(5.1、5.2)沿所述种子激光辐射(4)的横向，特别是沿快轴方向保持所述种子激光强度分布(4.1、4.2)的形状。


9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用于放大所述种子激光辐射(4)的所述放大介质(2)为立方体。


10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·施尼茨勒，J·多尔克米尔，T·曼斯，
申请(专利权)人：阿姆福斯有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE