一种锥棒激光放大器制造技术

本发明专利技术提供的一种锥棒激光放大器，属于固体激光器领域，包括泵浦源，和依次同轴设置的种子源、发散透镜、锥棒增益介质及准直透镜，锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；本发明专利技术还提出了由多级锥棒增益介质组成的轮廓呈球面圆锥状的锥棒增益介质组，及锥棒增益介质本身兼具发散透镜的功能的改进的锥棒激光放大器，使得种子光能最大效率提取锥棒增益介质内反转粒子数的储能，使锥棒激光放大器工作在接近饱和的状态；本发明专利技术提出的锥棒激光放大器体积小、结构简单。结构简单。结构简单。

【技术实现步骤摘要】
一种锥棒激光放大器


[0001]本专利技术属于固体激光器领域，具体涉及一种激光放大器。

技术介绍

[0002]固体激光放大器是获得高功率、高光束质量激光输出的有效途径，目前固体激光器中采用的激光增益介质形状为板条或棒状，其中棒状增益介质有着价格低廉、结构简单以及可实现高功率激光输出的优点而被广泛的使用在工业、科研等领域。
[0003]为了从棒状增益介质中提取更多的能量，放大器常使用双程或多程结构，导致激光放大器的结构复杂、体积较大、调试困难。提高光
‑
光转换效率能增加单次从增益介质中获得的增益，一定程度上可以避免使用双程或多程结构，对小型的激光器而言，或者当需要缩小激光器体积时，寻找一种结构简单并且能获得更高光
‑
光转换效率的放大器是很必要的。并且传统圆棒增益介质无法使光功率密度和反转粒子数能量在全部区域中匹配，当光功率密度不足以完全提取反转粒子数储能时，反转粒子数储能向激光能量的转换效率降低；当反转粒子数储能不足够为光提供足够的能量时，激光获得的增益不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种锥棒激光放大器，以解决无法完全利用现有圆棒增益介质储能或储能无法提供足够增益的问题，尤其适用于无需冷却、高脉冲能量、低重频输出的小型激光器。
[0005]本专利技术具体技术方案如下：一种锥棒激光放大器，包括泵浦源，和依次同轴设置的种子源、发散透镜及准直透镜；其特征在于，所述锥棒激光放大器还包括同轴设置于发散透镜和准直透镜之间的锥棒增益介质，所述锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；其中，分别为入射端面和出射端面的底的半径，分别为入射端面和出射端面对应球面圆锥的半径，分别为入射端面和出射端面的高，为种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角。
[0006]进一步地，所述锥棒增益介质替换为由多级锥棒增益介质组成的锥棒增益介质组，锥棒增益介质组整体轮廓呈球面圆锥状；各级锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；其中，分别为入射端面和出射端面的底的半径，分别为入射端面和出射端面对应球面圆锥的半径，分别为入射端面和出射端面的高，为种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角。
[0007]进一步地，种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角，其中，为种子源发出的种子光的光斑尺寸，为发散柱透镜的焦距。
[0008]进一步地，所述锥棒增益介质的基质材料包括晶体、玻璃或陶瓷，掺杂离子包括稀土离子和过渡金属离子。
[0009]进一步地，所述种子源发出的种子光平行于轴线入射。
[0010]进一步地，所述扩散角的角度范围为0.5~15
°
。
[0011]进一步地，所述扩散角的角度优选为5
°
。
[0012]进一步地，所述泵浦源位于锥棒增益介质的侧面或出射端面，对锥棒增益介质进行泵浦。
[0013]进一步地，所述锥棒激光放大器还包括用于冷却锥棒增益介质的热沉；当泵浦源位于锥棒增益介质的出射端面时，热沉位于锥棒增益介质的侧面；当泵浦源位于锥棒增益介质的部分侧面时，热沉位于锥棒增益介质的剩余侧面。
[0014]本专利技术还提出了一种锥棒激光放大器，包括泵浦源和种子源；其特征在于，所述锥棒激光放大器还包括与种子源同轴设置的锥棒增益介质，所述锥棒增益介质的入射端面和出射端面分别为同轴的球面圆锥A和球面圆锥B的球冠，侧面为圆台侧面；种子源发出的种子光经锥棒增益介质的入射端面折射后的发散角为，其中，为球面圆锥A的曲率半径，为种子源发出的种子光的光斑尺寸，为锥棒增益介质的折射率；所述球面圆锥A和球面圆锥B的球心均位于入射端面靠近种子源一侧的种子源发出的种子光的光轴上，入射端面的底的直径大于等于种子光的光斑尺寸，出射端面的底的直径满足：，其中，为球面圆锥B的曲率半径，d为出射端面的底的直径，L为球面圆锥A的球心和球面圆锥B的球心的距离。
[0015]进一步地，经出射端面出射的光发散、汇聚或准直为平行光。
[0016]进一步地，所述各级锥棒增益介质的基质材料包括晶体、玻璃或陶瓷，掺杂离子包括稀土离子和过渡金属离子。
[0017]进一步地，所述种子源发出的种子光平行于轴线入射。
[0018]本专利技术的有益效果为：1.本专利技术提出了一种锥棒激光放大器，通过设置发散透镜和特定结构的的增益介质，使得种子光被发散后，在被泵浦的锥棒增益介质的整个种子光通过的区域（即增益区域）内，光功率密度能保持稳定，并且完全消耗反转粒子数，提高增益介质储能转变为输出激光能量的提取效率，使锥棒激光放大器整体工作在接近饱和状态；2.通过发散种子光降低光功率密度，避免种子光在增益介质中被放大后，光功率密度达到增益介质的损伤阈值，造成对增益介质的损伤；本专利技术所得锥棒激光放大器体积小、结构简单；优选地，在改进的锥棒激光放大器中，锥棒增益介质本身兼具发散透镜的功能，进一步减少元件、简化结构。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1提出的锥棒激光放大器的结构示意图；图2为本专利技术实施例2提出的多级的锥棒激光放大器的结构示意图；图3为本专利技术实施例3提出的改进的锥棒激光放大器的结构示意图；附图标记：1.种子源；2.锥棒增益介质；2
’
.锥棒增益介质组；3.发散透镜；4.准直透镜；5.泵浦源；6.热沉；7.双色镜。
具体实施例
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清晰，结合以下具体实施例，并参照附图，对本专利技术做进一步的说明。
[0021]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本方明，但不以任何方式限制本专利技术。
[0022]实施例1本实施例提供了一种锥棒激光放大器，包含泵浦源5，和依次同轴设置的种子源1、发散透镜3、锥棒增益介质2及准直透镜4，种子源1和泵浦源5分别发出种子光和泵浦光，结构如图1所示。
[0023]所述发散透镜3将3mm*3mm（或
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3mm）的平行入射的种子光发散，扩散角为5
°
。
[0024]所述锥棒增益介质2使用Nd：YAG晶体，Nd
3+
掺杂浓度为0.8%，长度为85 mm；锥棒增益介质2的入射端面为球面圆锥A的球冠，球面圆锥A的球半径为45 mm，球心与发散透镜的焦点重合，入射端面的底的半径为4 mm，高为0.18 mm；出射端面为球面圆锥B的球冠，球面圆锥B的球半径为130 mm，球心与发散透镜的焦点重合，入射端面的底的半径为6.97 mm，高为0.19 mm；球面圆锥A和球面圆锥B同轴且同球心。所述锥棒增益介质2的侧面投影的夹角比种子光通过发散透镜3后的扩散角小，为4
°
。
[0025]进而，锥棒增益介质2的入射端面的尺寸大于种子光入射至入射端面的光斑尺寸，出射端面的尺寸大于种子光入射至出射端面的光斑尺寸，一方面确保种子光能完全进入锥棒增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锥棒激光放大器，包括泵浦源，和依次同轴设置的种子源、发散透镜及准直透镜；其特征在于，还包括同轴设置于发散透镜和准直透镜之间的锥棒增益介质，所述锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；其中，分别为入射端面和出射端面的底的半径，分别为入射端面和出射端面对应球面圆锥的半径，分别为入射端面和出射端面的高，为种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角。2.根据权利要求1所述锥棒激光放大器，其特征在于，所述锥棒增益介质替换为由多级锥棒增益介质组成的轮廓呈球面圆锥状的锥棒增益介质组；各级锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；其中，分别为入射端面和出射端面的底的半径，分别为入射端面和出射端面对应球面圆锥的半径，分别为入射端面和出射端面的高，为种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角。3.根据权利要求1、2任一所述锥棒激光放大器，其特征在于，种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角，其中，为种子源发出的种子光的光斑尺寸，为发散柱透镜的焦距。4.根据权利要求1、2任一所述锥棒激光放大器，其特征在于，所述扩散角的角度范围为0.5~15
°
。5.根据权利要求1~2任一所述锥棒激光放大器，其特征在于，所述锥棒增益介质的基质材料包括晶体、玻璃或陶瓷，掺杂离子包括稀土离子和过渡金属离子。6.根据权利要求1~2任一所述锥棒激光放大器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭艳红，杨毅，
申请(专利权)人：四川光天下激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：