【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光放大，具体涉及脉冲激光放大模块、脉冲激光器。
技术介绍
1、高能量飞秒激光在强场物理研究、原子分子动力学研究以及光谱探测等领域具有重要应用，极具科研价值。近年来随着激光与材料作用机理的研究，高能量超快激光具有无接触、冷加工、高精度等特性；在增材制造、减材制造等领域的应用逐步拓展，已成为一种新型的加工工具。
2、目前高能量飞秒激光的产生主要采用啁啾脉冲放大技术、分离脉冲放大技术和再生放大技术。啁啾脉冲放大技术通过色散器件先将皮秒或飞秒种子脉冲展宽至纳秒量级后再进行放大，然后再通过色散补偿器件将脉冲压缩至百飞秒。分离脉冲放大技术是先将种子脉冲成倍数地分离为子脉冲串后，再进入放大器内放大，然后再合成为具有较高能量的单个脉冲。采用啁啾脉冲放大技术和分离脉冲放大技术，均有效的避免了脉冲在放大过程中，由高峰值能量导致的光波分裂效应和脉冲放大抑制效应。再生放大技术通过脉冲在再生腔中多次循环放大实现脉冲能量的显著提升。
3、以上三种脉冲放大技术，在激光脉冲能量放大过程中，均不可避免地受到增益介质增益窄化效应的影响，从而导致输出光谱的频域宽度受限，进一步限制了脉冲压缩和脉冲能量提升。此外，对于再生放大技术，在脉冲循环放大过程中，随着腔内脉冲放大次数的增加，高脉冲能量对普克尔盒、放大晶体等器件存在严重的损伤风险。
4、因此，需要根据上述存在的技术问题进行改进，以解决现有技术中，在激光脉冲能量放大过程中，难以避免地会受到增益介质增益窄化效应的技术问题，得到高能量、窄脉宽、宽光谱、高光束质量的脉冲。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供脉冲激光放大模块、脉冲激光器，以解决现有技术中，在激光脉冲能量放大过程中，难以避免地会受到增益介质增益窄化效应的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、第一方面，本专利技术公开了一种脉冲激光放大模块，用于将脉冲激光束进行放大，包括棒状晶体光纤，所述棒状晶体光纤的外周包覆有金膜；所述棒状晶体光纤的一端设置有输入耦合透镜，所述输入耦合透镜的一端用于输入脉冲激光束和泵浦光，所述输入耦合透镜能够使所述脉冲激光束和泵浦光穿过所述棒状晶体光纤一端的端面中心，并在所述棒状晶体光纤内部聚焦，即聚焦光斑是通过棒状晶体光纤的端面中心入射至棒状晶体光纤内，聚焦光束的焦点在光纤内部；所述棒状晶体光纤的另一端设置有输出准直透镜，用于将从棒状晶体光纤输出的脉冲激光束转换为准直光束；所述泵浦光通过棒状晶体光纤端面中心处进入棒状晶体光纤中传播，并在棒状晶体光纤内表面处产生全反射，且汇聚于棒状晶体光纤的中心线上，以使得棒状晶体光纤中的泵浦光的光强最大，以得到最大的增益粒子反转数，利用强泵浦光产生的克尔效应及热透镜效应的光束自聚焦效应与激光束增益放大过程中频谱展宽模场自散焦效应互相钳制，进而实现脉冲激光束的宽谱自波导放大。
4、本方案将利用棒状晶体光纤中心具有最强的泵浦光强以及最大的增益粒子反转数，脉冲激光束在放大过程中将产生与泵浦光强相关的热透镜效应及与增益放大相关的克尔效应，从而引起光束在能量放大时出现自聚焦现象。同时，通过激光脉冲在增益放大过程中的能量提升，产生非线性放大，实现自相位调制频谱展宽。由于脉冲激光束频谱展宽将引入光束模场增大，产生发散效应，既在放大过程中脉冲激光束同时出现自散焦现象。自波导光束在放大过程中通过模场自平衡，摒弃了光斑模场边沿的频谱成分，抑制了模场畸变，具有模式自清洁的特点，实现了高光束质量输出。
5、作为优选，在所述棒状晶体光纤的掺杂浓度不变的条件下，能够通过调节泵浦光斑大小及放大光束直径大小，实现对放大光束自波导口径的调控。
6、通过调节更大的信号光束直径和泵浦光束直径可实现大口径的光束自波导放大，在降低了光束能量密度的同时，能够进一步提升脉冲激光束的脉冲压缩和脉冲能量，避免了高能量脉冲对棒状晶体光纤的损伤，更有利于得到高能量、窄脉宽、宽光谱、高光束质量的脉冲，具有产生高能量激光脉冲放大的优点。
7、具体的，作为优选，泵浦光斑的直径与放大光束的直径比值为3:2，放大光束自波导口径大小为泵浦光斑直径大小的2/3~1。
8、作为优选，所述棒状晶体光纤的两端的端面以及所述输入耦合透镜和输出准直透镜的外表面分别镀有增透膜，所述增透膜的波长与输入光的波长匹配，用于增加透光度。
9、作为优选，所述棒状晶体光纤通过焊接的方式埋入铜块热沉内。棒状晶体光纤柱面镀有的金膜在具有反射信号光和泵浦光的作用的同时，还能够利用金膜作为棒状晶体光纤与铜热沉的传热媒介，金膜具有良好的导热作用，使得棒状晶体光纤得到很好的散热处理，能够防止增益介质因过热而损伤，允许更高的激光输出功率，进而提高激光输出功率；还能够避免增益介质不均匀加热的情况，有助于维持脉冲形状和时间特性，从而改善光束质量；能够减少由于温度波动引起的激光参数变化或光学元件的物理尺寸变化，从而影响光束的聚焦和指向性，良好的散热可以减少这种热漂移，提高整个激光系统的稳定性；避免对光学元件如透镜、反射镜等造成损伤，减少热应力和热损伤，减少故障率，从而延长激光器及其组件的使用寿命，提高系统的可靠性；避免高温可能会引起的增益介质的折射率变化，进而导致激光模式劣化，有助于维持模式的稳定性；减少由于热效应导致的泵浦光和激光信号光的损耗，提高激光转换效率。
10、作为优选，所述脉冲激光放大模块为单通道放大模块，输入的脉冲激光束以及泵浦光能够在所述脉冲激光放大模块中进行单次放大。
11、作为优选，所述脉冲激光放大模块为多通道放大模块，用于将脉冲激光进行多次放大。
12、作为多通道放大模块的其中一种实现方式，所述脉冲激光放大模块还包括第一半波片，第一半波片的一侧用于设置脉冲种子源，所述第一半波片的另一侧设置有第一偏振分束器，所述第一偏振分束器远离第一半波片的一侧依次设置有输入耦合透镜、棒状晶体光纤以及输出准直透镜，所述输出准直透镜远离棒状晶体光纤的一侧依次设置有第一法拉第旋转器以及第一端面零度反射镜；由此，构成二通道脉冲激光放大模块，能够实现对脉冲激光的二次放大。
13、二通道脉冲激光放大模块的放大原理是：所述第一半波片接收脉冲种子源输出的脉冲激光并改变脉冲激光的偏振方向后，将脉冲激光传输至第一偏振分束器中，经过所述第一偏振分束器的分束作用，将脉冲激光继续传输至输入耦合透镜处，并依次经过棒状晶体光纤对脉冲激光进行第一次放大，然后依次传输至输出准直透镜和第一法拉第旋转器后，传输至第一端面零度反射镜进行反射；
14、经过第一次放大的脉冲激光，被第一端面零度反射镜反射，返回第一法拉第旋转器中，并依次通过输出准直透镜、棒状晶体光纤、输入耦合透镜、第一偏振分束器，然后经过第一偏振分束器的分束作用，输出经过二次放大的脉冲激光。
15、具体的，半波片通过引入相位延迟来改变偏振光的偏振状态。当线偏振光通过半波片时，其偏振方向会根据波片的光学轴方向发生旋转。
【技术保护点】
1.一种脉冲激光放大模块，用于将脉冲激光束进行放大，其特征在于，包括棒状晶体光纤，所述棒状晶体光纤的外周包覆有金膜；所述棒状晶体光纤的一端设置有输入耦合透镜，所述输入耦合透镜的一端用于输入脉冲激光束和泵浦光，所述输入耦合透镜能够使所述脉冲激光束和泵浦光穿过所述棒状晶体光纤一端的端面中心，并在所述棒状晶体光纤内部聚焦；所述棒状晶体光纤的另一端设置有输出准直透镜，用于将从棒状晶体光纤输出的脉冲激光束转换为准直光束；所述泵浦光通过棒状晶体光纤端面中心处进入棒状晶体光纤中传播，并在棒状晶体光纤内表面处产生全反射，且汇聚于棒状晶体光纤的中心线上，以使得棒状晶体光纤中的泵浦光的光强最大，以得到最大的增益粒子反转数，进而实现脉冲激光束的宽谱自波导放大。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，在所述棒状晶体光纤的掺杂浓度不变的条件下，能够通过调节泵浦光斑大小及放大光束直径大小，实现对放大光束自波导口径的调控。
3.根据权利要求2所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，泵浦光斑的直径与放大光束的直径比值为3:2，放大光束自波导口径大小为泵浦光斑直径大小的2/3~
4.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，所述棒状晶体光纤的两端的端面以及所述输入耦合透镜和输出准直透镜的外表面分别镀有增透膜，所述增透膜的波长与输入光的波长匹配。
5.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，所述棒状晶体光纤通过焊接的方式埋入铜块热沉内。
6.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，所述脉冲激光放大模块为单通道放大模块，输入的脉冲激光束以及泵浦光能够在所述脉冲激光放大模块中进行单次放大。
7.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，所述脉冲激光放大模块为多通道放大模块，用于将脉冲激光进行多次放大。
8.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，还包括第一半波片，第一半波片的一侧用于设置脉冲种子源，所述第一半波片的另一侧设置有第一偏振分束器，所述第一偏振分束器远离第一半波片的一侧依次设置有输入耦合透镜、棒状晶体光纤以及输出准直透镜，所述输出准直透镜远离棒状晶体光纤的一侧依次设置有第一法拉第旋转器以及第一端面零度反射镜；由此，构成二通道脉冲激光放大模块，能够实现对脉冲激光的二次放大。
9.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，还包括第一半波片，第一半波片的一侧用于设置脉冲种子源，所述第一半波片的另一侧设置有第一偏振分束器，所述第一偏振分束器远离第一半波片的一侧依次设置有第二法拉第旋转器和第二半波片；
10.脉冲激光器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项权利要求所述的脉冲激光放大模块。
...【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光放大模块，用于将脉冲激光束进行放大，其特征在于，包括棒状晶体光纤，所述棒状晶体光纤的外周包覆有金膜；所述棒状晶体光纤的一端设置有输入耦合透镜，所述输入耦合透镜的一端用于输入脉冲激光束和泵浦光，所述输入耦合透镜能够使所述脉冲激光束和泵浦光穿过所述棒状晶体光纤一端的端面中心，并在所述棒状晶体光纤内部聚焦；所述棒状晶体光纤的另一端设置有输出准直透镜，用于将从棒状晶体光纤输出的脉冲激光束转换为准直光束；所述泵浦光通过棒状晶体光纤端面中心处进入棒状晶体光纤中传播，并在棒状晶体光纤内表面处产生全反射，且汇聚于棒状晶体光纤的中心线上，以使得棒状晶体光纤中的泵浦光的光强最大，以得到最大的增益粒子反转数，进而实现脉冲激光束的宽谱自波导放大。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，在所述棒状晶体光纤的掺杂浓度不变的条件下，能够通过调节泵浦光斑大小及放大光束直径大小，实现对放大光束自波导口径的调控。
3.根据权利要求2所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，泵浦光斑的直径与放大光束的直径比值为3:2，放大光束自波导口径大小为泵浦光斑直径大小的2/3~1。
4.根据权利要求1所述的脉冲激光放大模块，其特征在于，所述棒状晶体光纤的两端的端面以及所述输入耦合透镜和输出准直透镜的外表面分别镀有增透膜，所述增透膜的波长与输入光的波长匹配...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，姚天军，王霄，钱小伟，胡梦云，
申请(专利权)人：海南朗研光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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