CN112018589B - 一种激光放大装置及激光放大方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种激光放大装置及激光放大方法，包括放大晶体、透镜及棱镜；棱镜为四棱柱结构，棱镜的截面为等腰梯形结构，棱镜包括相互平行的第一底面及第二底面，还包括位于第一底面及第二底面两侧对称地第一腰面及第二腰面；第一腰面或第二腰面上向内凹陷有第一通孔；原始激光经过第一通孔进入棱镜后依次经过透镜及放大晶体；放大晶体反射激光的侧面设有高反射膜；透镜的水平方向的第一对称轴线与棱镜的第二对称轴线不在同一水平面上；第一对称轴线与放大晶体的第三对称轴线在同一水平面上。本申请的有益效果是：调整透镜与棱镜中心轴线之间的垂直间距可以实现激光在放大晶体中的多次往返放大。

Description

一种激光放大装置及激光放大方法
技术领域
本公开涉及激光技术领域，具体涉及一种激光放大装置及激光放大方法。
背景技术
激光放大器是激光器领域一个非常重要的部分，一台包括谐振腔的激光能够产生的激光功率和能量是有限的，通过放大器的使用，可以让激光的功率和能量成倍的增加，从而让输出的激光满足更多以及更高需求的应用。
为了获得足够的放大功率，目前的技术使用的办法是使用反射镜使激光多次往返激光放大晶体，使得激光得到多次放大，激光往返的次数越多，放大效率就越高，但是激光每往返一次就需要增加一个单独的反射镜，但是一套放大装置中涉及多个反射镜，结构非常复杂而且多个反射镜的装调非常繁琐，对反射镜的调试的精度也有较高要求。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种激光放大装置及激光放大方法。
第一方面，本申请提供一种激光放大装置，包括放大晶体、透镜及棱镜；
所述棱镜为四棱柱结构，所述棱镜的截面为等腰梯形，所述棱镜包括相互平行的第一底面及第二底面，还包括位于所述第一底面及第二底面两侧对称设置地第一腰面及第二腰面，所述第一底面面积小于所述第二底面面积，所述第一腰面面积等于第二腰面面积，所述第一腰面与第二腰面相互垂直；
任意一个腰面与所述第二底面之间设有相连通的第一通孔；
原始激光由所述第一通孔穿过所述棱镜后依次经过所述透镜及放大晶体；
所述透镜的水平方向的第一对称轴线与所述棱镜的水平方向的第二对称轴线的垂直间距设置为设定距离；所述第一对称轴线与所述放大晶体的水平方向的第三对称轴线在同一水平面上。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述设定距离的数值大于零。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一底面及第二底面的外侧面均设有增透膜。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述透镜的表面设有增透膜。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述放大晶体远离所述棱镜的侧面设有高反射膜。
第二方面，本申请提供一种激光放大方法，包括以下步骤：
沿所述原始激光传输方向设置棱镜；
在所述棱镜远离所述原始激光的侧面设置透镜；
在所述透镜远离所述棱镜的侧面设置放大晶体。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述沿所述原始激光传输方向设置棱镜，具体包括：
以所述第一底面靠近所述原始激光传输方向的方式设置所述棱镜；
在任意一个腰面与所述第二底面之间设置相连通的第一通孔；
在所述第一底面及第二底面的外侧面镀设增透膜。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述在所述棱镜远离所述原始激光的侧面设置透镜，具体包括：
将所述透镜设置在所述第一对称轴线与所述第二对称轴线的垂直间距为设定距离的位置；
在所述透镜的表面镀设增透膜。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述将所述透镜设置在所述第一对称轴线与所述第二对称轴线的垂直间距为设定距离的位置，具体包括：
所述设定距离设置为大于零的数值；
调整所述设定距离的数值，改变原始激光放大的所述设定次数的数量。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述在所述透镜远离所述棱镜的侧面设置放大晶体，具体包括：
在所述放大晶体远离所述棱镜的侧面镀设高反射膜；
将所述放大晶体设置在所述第三对称轴线与所述第一对称轴线位于同一水平面的位置。
本发明的有益效果：本申请提供一种激光放大装置，包括放大晶体、透镜及棱镜；所述棱镜为四棱柱结构，所述棱镜的截面为等腰梯形，所述棱镜包括相互平行的第一底面及第二底面，还包括位于所述第一底面及第二底面两侧对称设置地第一腰面及第二腰面，所述第一底面面积小于所述第二底面面积，所述第一腰面面积等于第二腰面面积，所述第一腰面与第二腰面相互垂直；任意一个腰面与所述第二底面之间设有相连通的第一通孔；原始激光由所述第一通孔穿过所述棱镜后依次经过所述透镜及放大晶体；所述透镜的水平方向的第一对称轴线与所述棱镜的水平方向的第二对称轴线的垂直间距设置为设定距离；所述第一对称轴线与所述放大晶体的水平方向的第三对称轴线在同一水平面上。
通过调整透镜第一对称轴线与棱镜的第二对称轴线之间的垂直间距，可以实现激光在放大晶体内的设定次数的往返放大。
附图说明
图1为本申请第一种实施例的结构示意图；
图2为本申请第一种实施例中棱镜结构示意图；
图3为本申请第一种实施例中棱镜与透镜结构示意图；
图4为本申请第二种实施例的流程图；
图中所述文字标注表示为：100、棱镜；110、第一底面；120、第二底面；130、第一腰面；140、第二腰面；150、第一通孔；160、第二对称轴线；200、透镜；210、第一对称轴线；300、放大晶体；400、原始激光；500、第一放大激光。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示，为本申请的第一种实施例的示意图，包括放大晶体300、透镜200及棱镜100。
本实施例中，所述棱镜100为四棱柱结构，如图2所示，所述棱镜100的截面为等腰梯形，所述棱镜100包括相互平行的第一底面110及第二底面120，在本实施例中，第一底面110及第二底面120的形状均为矩形，并且所述第一底面110面积小于所述第二底面120面积。也即在本实施例中，第一底面110的侧边对应于棱镜100截面的等腰梯形中的上底边，第二底面120的侧边对应于棱镜100截面的等腰梯形中的下底边。
还包括位于所述第一底面110及第二底面120两侧对称设置地第一腰面130及第二腰面140，在本实施例中，第一腰面130及第二腰面140的侧边分别对应于棱镜100截面的等腰梯形中的两个腰，如图3所示。所述第一腰面130面积等于第二腰面140面积，所述第一腰面130与第二腰面140相互垂直，如图2所示，也即第一腰面130的延长面与第二腰面140的延长面相互垂直并相交。
在本实施例中，棱镜100是将一个直角棱镜的直角切去，将直角处切割成一个平面，即形成一个截面为等腰梯形的四棱柱。在本实施例中，将直角棱镜的直角处切割成一个平面(也即第一底面110)的目的是：方便激光由棱镜100射出。
进入棱镜100的入射光在内部会在两个直角面(即第一腰面130与第二腰面140)上分别发生反射而返回，使得反射后的光方向与入射光方向平行，光束会在每次反射的时候会全部反射，没有功率和能量的损失。
本申请中第一通孔150设置数量为一个，在本实施例中，第一腰面130与所述第二底面120之间设有相连通的第一通孔150；在其他实施例中，第一通孔150也可以设置在第二腰面140与所述第二底面120之间。在本实施例中，在棱镜100内设置第一通孔150是方便原始激光400进入并穿过棱镜100。
原始激光400由所述第一通孔150穿过所述棱镜100后依次经过所述透镜200及放大晶体300。也即在本实施例中，由原始激光400入射方向由近及远依次设置棱镜100、透镜200及放大晶体300。
所述透镜200的水平方向的第一对称轴线210与所述棱镜100的水平方向的第二对称轴线160的垂直间距设置为设定距离；所述第一对称轴线210与所述放大晶体300的水平方向的第三对称轴线在同一水平面上。在本实施例中，所述透镜200的水平方向的第一对称轴线210与所述棱镜100的第二对称轴线160不在同一水平面上；所述第一对称轴线210与所述放大晶体300的第三对称轴线在同一水平面上。也即在本实施例中，第一对称轴线210与第二对称轴线160在竖直方向上错开设定距离，而且设定距离的大小决定原始激光在整个激光放大装置中放大的设定次数。
在一优选实施中，为减少激光射入或射出棱镜100时的能量损失，所述第一底面110及第二底面120的外侧面均设有增透膜。
在一优选实施中，为减少激光射入或射出透镜200时的能量损失，所述透镜200的表面设有增透膜。
在一优选实施中，为减少激光在放大晶体300内反射时的能量损失，所述放大晶体300远离所述棱镜100的侧面设有高反射膜。
在本实施例中，原始激光400的波长为1064nm，在其他实施例中，原始激光400的波长为900nm-1100nm范围内的任意值。
如图4所示为本申请第二种实施例的流程示意图，包括以下步骤：
S10：沿所述原始激光400传输方向设置棱镜100。
在本实施例中，原始激光400由棱镜100射入激光放大装置。
在本实施例中，本步骤的一种优选实施例包括：
S11：以所述第一底面110靠近所述原始激光400传输方向的方式设置所述棱镜100。
S12：在任意一个腰面与所述第二底面120之间设置相连通的第一通孔150。在本步骤中，原始激光400由第一通孔150进入棱镜100。
S13：在所述第一底面110及第二底面120的外侧面镀设增透膜。在本步骤中，在第一底面110及第二底面120的外侧面镀设增透膜可以使得激光经过第一底面110及第二底面120时可以减少能量及功率的损失。
本步骤的另一种优选实施例包括：
S11：在所述第一底面110及第二底面120的外侧面镀设增透膜。在本步骤中，在第一底面110及第二底面120的外侧面镀设增透膜可以使得激光经过第一底面110及第二底面120时可以减少能量及功率的损失。
S12：以所述第一底面110靠近所述原始激光400传输方向的方式设置所述棱镜100。
S13：在任意一个腰面与所述第二底面120之间设置相连通的第一通孔150。在本步骤中，原始激光400由第一通孔150进入棱镜100。
在本申请的其他实施例中，S10的具体实施例中的S11、S12及S13的内容可以进行相互交换。
S20：在所述棱镜100远离所述原始激光400的侧面设置透镜200。
在本实施例中，原始激光400由棱镜100的第一通孔150穿过后进入透镜200，并在透镜200内发生折射。
在本步骤中，具体包括：
S21：将所述透镜200设置在所述第一对称轴线210与所述第二对称轴线160的垂直间距为设定距离的位置。
在本步骤中：
所述设定距离设置为大于零的数值；
调整所述设定距离的数值，改变原始激光放大的所述设定次数的数量。
在本步骤中，将透镜200的第一对称轴线210与棱镜100的第二对称轴线160设置在不同的水平面上的目的是：使得原始激光可以在激光放大装置中实现多次功率放大过程，设定距离的数值影响激光放大的次数。
S22：在所述透镜200的表面镀设增透膜。
在本步骤中，为使得激光射入或射出透镜200时减少能量或功率的损失，因此在透镜200的表面设置增透膜。
在本申请的其他实施例中，S20的具体实施例中的S21及S22的内容可以进行相互交换。
S30：在所述透镜200远离所述棱镜100的侧面设置放大晶体300。
在本实施例中，激光由透镜200射出后进入放大晶体300，并在放大晶体300内发生功率放大，并且入射的激光在放大晶体300中发生反射后射出，进而反向进入透镜200，在透镜200中发生折射后进入棱镜100，至此完成原始激光400的一次功率放大，形成第一放大激光500，如图1所示。
在本步骤中，具体包括：
S31：在所述放大晶体300远离所述棱镜100的侧面镀设高反射膜。在本步骤中，在放大晶体300的侧面设置高反射膜使得激光在放大晶体300反射过程中减少能量及功率的损失。
S32：将所述放大晶体300设置在所述第三对称轴线与所述第一对称轴线210位于同一水平面的位置。在本步骤中，将所述第三对称轴线与所述第一对称轴线210设置在同一水平面，是为了更好控制激光折射及反射的光路。
在本申请的其他实施例中，S30的具体实施例中的S31及S32的内容可以进行相互交换。
如图1所示为本实施例中，原始激光400在放大装置中往返3个周期也即原始激光功率经过3次放大时的结构示意图。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种激光放大装置，其特征在于，包括放大晶体、透镜及棱镜；
所述棱镜为四棱柱结构，所述棱镜的截面为等腰梯形，所述棱镜包括相互平行的第一底面及第二底面，还包括位于所述第一底面及第二底面两侧对称设置的 第一腰面及第二腰面，所述第一底面面积小于所述第二底面面积，所述第一腰面面积等于第二腰面面积，所述第一腰面与第二腰面相互垂直；
以所述第一底面靠近原始激光传输方向的方式设置所述棱镜，任意一个腰面与所述第二底面之间设有相连通的第一通孔；
原始激光由所述第一通孔穿过所述棱镜后依次经过所述透镜及放大晶体；激光由透镜射出后进入放大晶体，并在放大晶体内发生功率放大，并且入射的激光在放大晶体中发生反射后射出，进而反向进入透镜，在透镜中发生折射后进入棱镜，并最终由棱镜的第一底面射出；
所述透镜的水平方向的第一对称轴线与所述棱镜的水平方向的第二对称轴线的垂直间距设置为设定距离，所述设定距离的数值大于零；所述第一对称轴线与所述放大晶体的水平方向的第三对称轴线在同一水平面上；
所述第一底面及第二底面的外侧面均设有增透膜；所述透镜的表面设有增透膜；所述放大晶体远离所述棱镜的侧面设有高反射膜。
2.一种采用权利要求1所述的激光放大装置的激光放大方法，其特征在于，包括以下步骤：
沿所述原始激光传输方向设置棱镜，以所述第一底面靠近所述原始激光传输方向的方式设置所述棱镜，在任意一个腰面与所述第二底面之间设置相连通的第一通孔，在所述第一底面及第二底面的外侧面镀设增透膜；
在所述棱镜远离所述原始激光的侧面设置透镜，将所述透镜设置在所述第一对称轴线与所述第二对称轴线的垂直间距为设定距离的位置，所述设定距离设置为大于零的数值，在所述透镜的表面镀设增透膜；
在所述透镜远离所述棱镜的侧面设置放大晶体，在所述放大晶体远离所述棱镜的侧面镀设高反射膜，将所述放大晶体设置在所述第三对称轴线与所述第一对称轴线位于同一水平面的位置。
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