【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有用于放大激光的多通放大器的激光系统，其中该多通放大器包括激光活性介质。
技术介绍
1、为了在多通放大器中放大入射的激光，需要激光活性介质。为了在激光活性介质中产生放大运行所需的粒子数反转，用来自泵浦激光器的、具有合适波长的泵浦光来照射激光活性介质。以这种方式存储在激光活性介质中的能量通过来自种子激光器的、具有合适波长(其不同于泵浦光波长)的激光的入射而由于受激辐射得到利用，由此种子激光被放大。
2、为了提高激光系统中的放大效率，目标通常是最大化泵浦辐射和/或种子辐射在激光活性介质内行进的路径长度。因此，主要使用所谓的多通放大器。在此，一方面通过使用合适的光学器件以几何方式引导泵浦光束通过激光活性介质来引导泵浦光多次通过激光活性介质。另一方面，根据多通道概念，还使用另一合适的光学结构来引导种子光束以及因此引导待放大的激光束多次通过激光活性介质，然后经放大的激光束得到利用以用于最终使用。在此应当注意的是，不同于例如再生放大器，在这种多通放大器中，种子光束在其通过时被引导经过几何上不同的路径。这尤其是具有以下优点，即放大器组件内的耦合输入和耦合输出纯粹以几何方式发生，并且例如不需要(像例如在再生激光放大系统中的情况那样)光学开关来进行主动耦合输入或耦合输出。
3、一般来说，激光放大系统的激光活性介质可以具有非常不同的几何形状，并且特别是根据其纵横比(即介质的深度或高度与其横向范围之间的比例)可以具有各种优点和缺点。在此，活性介质内的光学强度起着特别重要的作用，对于不同的纵横比，光学强度可能
4、然而，无论激光活性介质的几何形状如何，激光活性介质中都存在热效应，这会对光束质量产生负面影响。一般而言，未转换成耦合输出的、经放大的光束的激光功率的泵浦光主要产生热量，即激光活性介质上的热负载。该热负载尤其是在多通放大器中特别相关，因为由于辐射的多次通过，累积在活性介质中的热功率相应地较高。
5、该热负载可以近似地量化为泵浦功率与提取功率(即激光放大系统的激光输出功率)之间的差。
6、尽管通常对激光放大系统中的活性介质进行冷却，介质中的热负载还是会导致不期望的热致光学效应。这尤其是由于由泵浦光引起的加热导致介质的透镜效应发生改变并因此导致上述不期望的光学效应。
7、为了在可变的激光输出功率下仍实现恒定的光束参数和恒定的光束质量，以往的激光放大系统是在特定的、给定的、具有光束质量高的特点的激光输出功率下运行。为了改变输出功率，使用布置在后方的光学元件来降低或调整功率，而不是改变泵浦功率和/或种子功率。这种类型的运行也称为工作点运行。
8、因此，在工作点运行下，激光系统需要布置在后方的额外部件，以便实现激光输出功率的期望的可调节性。这提高了系统的成本和复杂性。
9、从文献de 102019131507 a1中已知一种再生碟片激光放大器，其中种子激光的脉冲能量可以在耦合输入到谐振器之前被衰减，以便在放大时间有偏差和/或重复率发生变化的情况下不会获得经放大的输出激光脉冲的脉冲能量的偏差。
10、通过对种子激光脉冲能量进行适当的衰减(这可以在重复率发生变化时通过改变放大时间(即激光束在谐振器中的循环次数)来维持脉冲能量恒定)，然而，系统的提取激光功率也会发生变化，这会改变活性介质(这里尤其是激光活性碟片)中的热负载。为了抵消由此产生的碟片的温度变化，可以匹配系统的泵浦功率以补偿热负载变化，从而抑制不期望的热致光学效应。
11、因此，根据de 102019131507 a1，热负载维持被设计成在激光脉冲的重复率范围上保持热负载恒定。然而，所描述的系统并非被设计用于保证在激光系统的被提取的激光输出功率的范围上维持热负载。
技术实现思路
1、基于已知的现有技术，本专利技术的目的是提供一种用于放大激光的经改进的激光系统，该激光系统确保在激光输出功率范围上几乎恒定的光束质量和光束参数。
2、该目的通过具有权利要求1所述特征的激光系统来实现。有利的改进方案自从属权利要求、说明书和附图中得出。
3、因此，提出了一种激光系统，其包括：用于放大激光以提供经放大的输出光束的多通放大器、尤其是多通碟片激光放大器；以及控制单元，其中该多通放大器包括激光活性介质。根据本专利技术，控制单元被配置成用于使激光活性介质上的热负载在输出光束的激光输出功率范围内保持基本恒定，该热负载由至少两个不同的功率源决定。
4、多通放大器的活性介质可以被设计成碟片状，其中碟片状的活性介质包括所有那些横向尺寸明显大于其厚度的形状。然而，碟片状的活性介质也包括一个和/或多个透射碟片，其可以在一侧或两侧涂覆有抗反射涂层。此外，多通放大器的活性介质不是必须具有碟片形状，而是还可以具有其他几何形状。
5、具有多通放大器的激光系统的激光活性介质的热负载主要由泵浦激光器所使用的泵浦功率和种子激光器的种子功率决定，这些激光器被配置成用于照射激光活性介质。在激光活性介质中被吸收、但未通过种子辐射所引起的受激辐射而在激光活性介质中被提取的那些泵浦辐射主要作为热量累积在激光活性介质中。如果初步考虑仅限于激光放大所需的这些功率源(泵浦功率和种子功率)，而不排除促使热量输入激光活性介质和/或从激光活性介质中导出热量的其他功率源，则激光活性介质的热负载p热可以近似计算为
6、p热＝p泵浦-p提取＝p泵浦-k(p泵浦)p种子，
7、其中p泵浦是泵浦激光器的泵浦功率，p提取是经放大的激光输出光束的提取功率。后者在下文中被称为激光输出功率。在第二个等号之后，使用p提取＝k(p泵浦)p种子。因此，激光输出功率p提取与种子功率p种子成正比，其中比例系数k(p泵浦)是放大系数，而该放大系数又是泵浦功率p泵浦的函数。放大系数k与泵浦功率p泵浦之间的具体函数关系本质上取决于所使用的激光活性激光介质的能级结构。但一般而言，只要激光活性介质没有被过高的泵浦功率破坏和/或其特性改变到不再可能进行正常激光运行的程度，就可以说放大系数k随着泵浦功率p泵浦的增大而增大。
8、从上述考虑因素和热负载方程可以看出，泵浦功率的增大会导致热负载p热的增大或减小，具体取决于所使用的(恒定的)种子功率p种子和当前的放大系数k。
9、然而，对于常见的放大系数k和通常使用的种子功率p种子，可以假设泵浦功率p泵浦的增大也会导致热负载p热的增大。
10、只要种子功率造成的放大不饱和，则种子功率p种子的增大在有限的(恒定的)泵浦功率p泵浦下通常又会导致热负载p热的降低。
11、优选地，激光输出功率的范围在多通放大器的可实现的激光输出功率的整个范围上延伸或者仅在该范围的一部分上延伸。换句话说，热负载可以在预定的输出功率范本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光系统(1)，其包括：用于放大激光以提供经放大的输出光束(14)的多通放大器(2)、尤其是多通碟片激光放大器；以及控制单元(60)，其中所述多通放大器(2)包括激光活性介质(12)，
2.根据权利要求1所述的激光系统(1)，其特征在于，所述激光输出功率范围在所述多通放大器(2)的可实现的激光输出功率的整个范围上延伸或者仅在所述范围的一部分上延伸，和/或所述控制单元(60)被配置成用于使所述激光活性介质上的所述热负载恒定地保持在±10％、优选±5％、特别优选±2％的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的激光系统(1)，其特征在于，所述控制单元(60)被配置成用于通过手动调节和/或通过数学模型和/或通过映射表来匹配对所述激光活性介质(12)的热负载有贡献的功率源的功率，从而使所述激光活性介质(12)上的所述热负载在所述激光输出功率范围上保持基本恒定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，设置种子激光器(10)和泵浦激光器(20)作为对所述激光活性介质(12)上的热负载有贡献的功率源，所述种子激光器和所述泵浦激光器
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，所述控制单元(60)被配置成用于使所述输出光束(14)的优选由束腰直径和/或束腰位置和/或衍射指数定义的光束质量和/或至少一个光束参数在所述激光输出功率范围上保持基本恒定，其中优选地，所述光束质量和/或所述光束参数在所述激光输出功率范围上具有±10％、优选±5％、特别优选±2％的最大相对波动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，设置有监测装置(70)来监测所述光束质量和所述光束参数，尤其是监测经放大的所述输出激光束(14)的束腰直径、束腰位置和衍射指数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，一个或所述泵浦激光器(20)被配置成用于在所述激光活性介质(12)上产生膨胀的、不清晰的泵浦光斑。
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，一个或所述泵浦激光器(20)被配置成用于在所述激光活性介质(12)上产生泵浦光斑，所述泵浦光斑的直径是所述种子光束(11)的直径的1至1.5倍，或者当多个种子光束(11)照射到所述激光活性介质(12)上时，所述泵浦光斑的直径是由所述种子光束(11)在所述激光活性介质(12)上产生的种子光斑的直径的1至1.5倍。
9.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，设置有温度测量单元(50)，其被配置成用于通过所述激光活性介质(12)的温度测量来确定所述激光活性介质(12)的热负载。
10.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，对所述激光活性介质(12)的热负载有贡献的所述功率源包括：被配置成用于冷却所述激光活性介质的冷却单元(30)的冷却功率，所述冷却功率对所述输出光束(14)的激光输出功率没有直接影响；和/或被配置成用于加热所述激光活性介质(12)的加热元件(40)的加热功率，所述加热功率对所述输出光束(14)的激光输出功率没有直接影响。
11.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，所述控制单元(60)被配置成用于：
12.一种方法，所述方法用于在具有激光活性介质(12)的多通放大器(2)中放大种子激光束以提供经放大的输出光束(14)，
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对所述激光活性介质(12)的热负载有贡献的所述功率源包括种子激光器(10)的种子功率和泵浦激光器(20)的泵浦功率，所述种子激光器和所述泵浦激光器被配置成用于照射所述激光活性介质(12)，其中，在所述激光输出功率范围上共同地匹配所述种子激光器(10)的种子功率和所述泵浦激光器(20)的泵浦功率，使得所述激光活性介质(12)上的所述热负载保持基本恒定。
14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其特征在于，通过手动调节和/或通过数学模型和/或通过映射表来匹配对所述激光活性介质(12)的热负载有贡献的所述功率源的功率，从而使所述激光活性介质(12)上的所述热负载保持基本恒定。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，使所述输出光束(14)的尤其由束腰直径和/或束腰位置和/或衍射...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种激光系统(1)，其包括：用于放大激光以提供经放大的输出光束(14)的多通放大器(2)、尤其是多通碟片激光放大器；以及控制单元(60)，其中所述多通放大器(2)包括激光活性介质(12)，
2.根据权利要求1所述的激光系统(1)，其特征在于，所述激光输出功率范围在所述多通放大器(2)的可实现的激光输出功率的整个范围上延伸或者仅在所述范围的一部分上延伸，和/或所述控制单元(60)被配置成用于使所述激光活性介质上的所述热负载恒定地保持在±10％、优选±5％、特别优选±2％的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的激光系统(1)，其特征在于，所述控制单元(60)被配置成用于通过手动调节和/或通过数学模型和/或通过映射表来匹配对所述激光活性介质(12)的热负载有贡献的功率源的功率，从而使所述激光活性介质(12)上的所述热负载在所述激光输出功率范围上保持基本恒定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，设置种子激光器(10)和泵浦激光器(20)作为对所述激光活性介质(12)上的热负载有贡献的功率源，所述种子激光器和所述泵浦激光器被配置成用于照射所述激光活性介质(12)，其中所述控制单元(60)被配置成用于在所述激光输出功率范围内共同地匹配所述种子激光器(10)的种子功率和所述泵浦激光器(20)的泵浦功率，使得所述激光活性介质(12)上的所述热负载基本恒定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，所述控制单元(60)被配置成用于使所述输出光束(14)的优选由束腰直径和/或束腰位置和/或衍射指数定义的光束质量和/或至少一个光束参数在所述激光输出功率范围上保持基本恒定，其中优选地，所述光束质量和/或所述光束参数在所述激光输出功率范围上具有±10％、优选±5％、特别优选±2％的最大相对波动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，设置有监测装置(70)来监测所述光束质量和所述光束参数，尤其是监测经放大的所述输出激光束(14)的束腰直径、束腰位置和衍射指数。
7.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，一个或所述泵浦激光器(20)被配置成用于在所述激光活性介质(12)上产生膨胀的、不清晰的泵浦光斑。
8.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其特征在于，一个或所述泵浦激光器(20)被配置成...
【专利技术属性】
技术研发人员：H·赫克，D·鲍尔，M·沙龙，B·丹内克尔，C·施托尔岑布尔格，J·多米尼克，S·纳格尔，
申请(专利权)人：通快激光有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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