CN213125045U

CN213125045U - 一种二级多通双端泵浦固体激光放大器

Info

Publication number: CN213125045U
Application number: CN202021793152.9U
Authority: CN
Inventors: 罗薇; 陈政; 傅立斌
Original assignee: Acculasers Co ltd
Current assignee: Acculasers Co ltd
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2030-08-25

Abstract

本实用新型公开了一种二级多通双端泵浦固体激光放大器，包括放大器本体，所述放大器本体至少包括第一反射镜、第二反射镜、薄膜偏振片、法拉第旋转器、旋光片、第一级放大器和第二级放大器；其中，第一级放大器采用双端泵浦结构，第二级放大器采用单端泵浦结构；其中，初始激光经过所述第一反射镜、所述薄膜偏振片后，通过所述法拉第旋转器和所述旋光片改变激光偏振方向，以达到四通所述第一级放大器和双通所述第二级放大器，获取目标激光；后目标激光从所述第二反射镜射出。本实用新型利用光的偏振性质多次通过激光增益介质，即可以有效利用光激励，还可以减少光器件、和泵浦源数量得到结构更紧凑的放大器。

Description

一种二级多通双端泵浦固体激光放大器

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种二级多通双端泵浦固体激光放大器。

背景技术

固体激光放大器具有高亮度、高效率、结构紧凑、性能稳定等优点，在材料加工、医疗美容、科研等领域都有重要的应用。

锁模激光器作为种子源，通常采用主振荡放大器(MOPA)结构进行光放大，且该技术为目前工业生产的成熟技术。主振荡放大器可以得到稳定的皮秒脉冲，也可以进行光峰值功率和脉冲能量的放大，从而对固体放大器的增益介质进行泵浦，现有一般采用LD激光器端泵或者侧泵方式。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种二级多通双端泵浦固体激光放大器，用于扩大泵浦激励，提高反转粒子数的均匀程度，以及提高激光的光束质量。

本申请实施例提供了一种二级多通双端泵浦固体激光放大器，包括放大器本体，所述放大器本体至少包括第一反射镜、第二反射镜、薄膜偏振片、法拉第旋转器、旋光片、第一级放大器和第二级放大器；其中，第一级放大器采用双端泵浦结构，第二级放大器采用单端泵浦结构；

其中，初始激光经过所述第一反射镜、所述薄膜偏振片后，通过所述法拉第旋转器和所述旋光片改变激光偏振方向，以达到四通所述第一级放大器和双通所述第二级放大器，获取目标激光；后目标激光从所述第二反射镜反射出去。

优选地，所述第一级放大器依次包括第一LD激光泵浦源、准直透镜、第一二向色镜、聚焦透镜、第一激光晶体、第二二向色镜、第一准直聚焦透镜组、第二LD激光泵浦源。

优选地，所述第二级放大器依次包括第二激光晶体、第三二向色镜、第二准直聚焦透镜组、第三LD激光泵浦源。

优选地，所述法拉第旋转器与所述旋光片同时采用45°旋转偏振方向，且所述法拉第旋转器和所述旋光片的旋转方向相同。

优选地，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体采用发射谱偏振方向无关的激光晶体。

优选地，所述激光晶体采用Nd：YAG晶体或Yb：YAG晶体；

当所述激光晶体为Nd：YAG晶体时，所述第一LD激光泵浦源和所述第二LD激光泵浦源的中心波长为808nm或者750nm；

当所述激光晶体为Yb：YAG晶体时，所述第一LD激光泵浦源和所述第二LD激光泵浦源的中心波长近940nm或者近969nm。

优选地，所述第一二向色镜、所述第二二向色镜和所述第三二向色镜采用透射泵浦光反射激光的二向色镜，通过调节所述第一二向色镜、所述第二二向色镜和所述第三二向色镜，分离初始激光与发射的目标激光。

优选地，所述放大器本体还包括功率计，所述放大器本体还包括功率计，所述功率计接收从所述第二反射镜反射出的目标激光，通过所述功率计测量功率，利用功率变化，调节所述第一二向色镜、所述第二二向色镜、所述第三二向色镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜，以使射出的激光功率达到最大值。

本申请实施例中提供的一种二级多通双端泵浦固体激光放大器，至少具有如下技术效果：

1、由于采用了旋光片和法拉第磁光旋转器，多次改变激光的偏振方向，并结合薄膜偏振片，实现激光多次通过激光晶体。

2、由于多次通过激光晶体，更加有效地提取泵浦能量，从而获得更高的能量增益。

3、由于采用了双端泵浦结构和单端泵浦结构，获取更多的粒子数反转，减少热效应力对光斑质量的影像。

4、由于采用了光的偏振性质，使得激光多次通过激光增益介质，有效利用激光激励，减少光器件和泵浦数量，得到结构更为紧凑的放大器。

5、由于采用了与偏振无关的激光晶体，激光四通第一级放大器，双通第二级放大器，且两次进入第一级放大器的偏振方向不同，获得结构紧凑、光增益系数高的激光放大器。

附图说明

图1为本申请实施例的一种二级多通双端泵浦激光放大器的光路结构图；

图2为本申请实施例的一种第一级放大器的光路结构图；

图3为本申请实施例的一种第二级放大器的光路结构图。

附图标号：

第一级放大器10，第二级放大器20，第一反射镜30，第二反射镜40，薄膜偏振片50，法拉第旋转器60，旋光片70，功率计80，种子源90，第一LD激光泵浦源11，准直透镜 12，第二二向色镜13，聚焦透镜14，第一激光晶体15，第一二向色镜16，第一准直聚焦透镜组17，第二LD激光泵浦源18，第二激光晶体21，第三二向色镜22，第二准直聚焦透镜组23，第三LD激光泵浦源24。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参考图1所示，本实施例提供了一种二级多通双端泵浦固体激光放大器，利用光的偏振性质多次通过激光增益介质，有效利用光激励，减少光器件和泵浦源数量，得到结构更紧凑的放大器。进一步地，基于双端面泵浦相对于单面端泵，获得的激励更大，且反转粒子数分布更加均匀，以此达到更高的光放大，提高激光的光束质量。

基于此，本实施例提供的二级多通双端泵浦固体激光放大器，包括放大器本体，放大器本体至少包括第一反射镜30、第二反射镜40、薄膜偏振片50、法拉第旋转器60、旋光片70、第一级放大器10和第二级放大器20；其中，第一级放大器10采用双端泵浦结构，第二级放大器20采用单端泵浦结构。

本实施例中，初始激光经过第一反射镜30、薄膜偏振片50后，通过法拉第旋转器60和旋光片70改变激光偏振方向，以达到四通第一级放大器10和双通第二级放大器20，获取目标激光，后目标激光从第二反射镜40射出。

进一步地，进入第一反射镜30的初始激光为种子光。本实施例的二级多通双端泵浦固体激光放大器用于对种子光进行放大增益，当然，对何种初始激光进行放大增益，本实施例不做限定，任意激光均可实现本实施例所要达到的效果。另外，对于发射初始激光或种子光的激光器，可作为种子源90，例如，锁模激光器。

本实施例中的二级多通双端泵浦固体激光放大器的工作原理可以理解为：初始激光进入放大器本体后，多次通过被泵浦光激励的增益介质提高放大效率，在第一级激光的能量密度不高的情况，增大介质长度或者增加通过次数，以获取较好的放大效果。

例如，皮秒激光器的初始光单位面积能量记为E_in，经过增益晶体后的单位面积能量为 E_out，能量增益G可以表示为：

进一步解析获得，

其中，E_s为饱和能量密度，g₀为小信号增益。

由此可知，若要增大增益，第一要增加晶体长度；第二加大泵浦能量提高小信号增益；第三加大输入光能量E_in。本实施例中，采用双端泵浦和多通光路，以便有效提高光增益系数，得到更高的光放大。

进一步地，参考附图1可知，第一级放大器10和第二级放大器20平行设置，调节发射初始激光的种子源90发射端，使发射的初始激光调节为p偏振光，简化为p光(即，平行偏振光)，p光经过第一反射镜30反射，经过薄膜偏振片50TFP，p光透射薄膜偏振片50TFP 进入法拉第旋转器60和旋光片70变成s光(即，垂直偏振光)，p光与s光相互垂直，p 光与s光仅表示激光的偏振状态，而非能量指示。本实施例中的薄膜偏振片50成44°-46°放置。

参考图2所示，本实施例中的第一级放大器10依次包括第一LD激光泵浦源11、准直透镜12、第二二向色镜13、聚焦透镜14、第一激光晶体15、第一二向色镜16、第一准直聚焦透镜组17、第二LD激光泵浦源18。

本实施例中的法拉第旋转器60与旋光片70同时采用45°旋转偏振方向，且法拉第旋转器60和旋光片70的旋转方向相同。进一步地，法拉第旋转器60为45°旋转偏振方向，旋光片70也是45°旋转偏振方向。参考附图可知，法拉第旋转器60为顺时针旋转45°，旋光片70为顺时针旋转45°。

本实施例中，法拉第旋转器60为不可逆旋转，旋光片70为可逆旋转。因此，假设p光(平行偏振光)从法拉第旋转器60经过旋光片70，p光连续旋转45°，变为s光(垂直偏振光)。但是s光反向进过旋光片70和法拉第旋转器60，s光仍然是s光。从而实现利用旋光片70和法拉第磁光旋转器仅改变激光偏振方向。

本实施例中，变成s光的激光依次经过第二二向色镜13和聚焦透镜14后，进入第一激光晶体15。同时，第一LD激光泵浦源11发出的泵浦光经过准直聚焦在第一激光晶体15 表面，同时，第二LD激光泵浦源18发出的泵浦光经过准直聚焦在第一激光晶体15表面，使得泵浦光分别经过准直聚焦在第一激光晶体15前后表面。通过第一激光晶体15提取泵浦能量，以使激光获取能量增益。

经过第一激光晶体15的激光在第一二向色镜16表面反射，第二次经过第一激光晶体 15，进一步通过第一激光晶体15提取泵浦能量，使激光第二次获取能量增益。

从第一激光晶体15射出的激光为s光，s光再反向经过旋光片70、法拉第旋转器60后，仍为s光。本实施例中，s光在薄膜偏振片50上反射进入第二级放大器20。

参考图3所示，本实施例中的第二级放大器20依次包括第二激光晶体21、第三二向色镜22、第二准直聚焦透镜组23、第三LD激光泵浦源24。

进一步地，s光在经过第二激光晶体21后，在第三二向色镜22表面反射，第二次通过第二激光晶体21，偏振方向任为s光，通过第二激光晶体21提取泵浦能量，以使激光获取能量增益。

进一步地，s光在薄膜偏振片50上反射，经过法拉第旋转器60、旋光片70后变成p光，进而第三次通过第一激光晶体15在第一二向色镜16处反射，第四次通过第一激光晶体15后进入旋光片70和法拉第旋转器60后仍然是p光。

由上述可以得出，法拉第旋转器60和旋光片70组合作用下，控制激光的偏振方向，配合薄膜偏振片50可以使光在放大级间多次通过。

本实施例中的第一激光晶体15和第二激光晶体21采用发射谱偏振方向无关的激光晶体。优选地，激光晶体采用Nd：YAG晶体或Yb：YAG晶体。当然，包括但不局限于Nd：YAG 晶体或Yb：YAG晶体。

在一种实施例中，当激光晶体为Nd：YAG晶体时，第一LD激光泵浦源11和第二LD激光泵浦源18的中心波长为808nm或者750nm。

在另一种实施例中，当激光晶体为Yb：YAG晶体时，第一LD激光泵浦源11和第二LD激光泵浦源18的中心波长为940nm附近或者969nm附近。

本实施例中，第一二向色镜16、第三二向色镜13和第三二向色镜22采用透射泵浦光反射激光的二向色镜。本实施例中通过第一二向色镜16、第二二向色镜13和第三二向色镜 22，使初始激光与发射的目标激光分离。

本实施例中的放大器本体还包括功率计80，功率计80接收从第二反射镜40射出的目标激光，通过功率计80测量功率。利用功率变化，调节第一二向色镜16、第二二向色镜13、第三二向色镜22、第一反射镜30、第二反射镜40，以使射出的激光功率达到最大值。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，包括放大器本体，所述放大器本体至少包括第一反射镜、第二反射镜、薄膜偏振片、法拉第旋转器、旋光片、第一级放大器和第二级放大器；其中，第一级放大器采用双端泵浦结构，第二级放大器采用单端泵浦结构；

2.如权利要求1所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述第一级放大器依次包括第一LD激光泵浦源、准直透镜、第二二向色镜、聚焦透镜、第一激光晶体、第一二向色镜、第一准直聚焦透镜组、第二LD激光泵浦源。

3.如权利要求2所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述第二级放大器依次包括第二激光晶体、第三二向色镜、第二准直聚焦透镜组、第三LD激光泵浦源。

4.如权利要求2所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述法拉第旋转器与所述旋光片同时采用45°旋转偏振方向，且所述法拉第旋转器和所述旋光片的旋转方向相同。

5.如权利要求3所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述第一激光晶体和所述第二激光晶体采用发射谱偏振方向无关的激光晶体。

6.如权利要求5所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述激光晶体采用Nd：YAG晶体或Yb：YAG晶体；

7.如权利要求3所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述第一二向色镜、所述第二二向色镜和所述第三二向色镜采用透射泵浦光反射激光的二向色镜，通过调节所述第一二向色镜、所述第二二向色镜和所述第三二向色镜，分离初始激光与发射的目标激光。

8.如权利要求3所述的二级多通双端泵浦固体激光放大器，其特征在于，所述放大器本体还包括功率计，所述功率计接收从所述第二反射镜反射出的目标激光，通过所述功率计测量功率，利用功率变化，调节所述第一二向色镜、所述第二二向色镜、所述第三二向色镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜，以使射出的激光功率达到最大值。