CN214044322U - 一种弧形激光放大*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种弧形激光放大***，属于固体激光器领域，包括由数个增益介质单元组成的链状弧形半包围结构的增益介质组、位于增益介质组一端的种子源、被包围在增益介质组中间的泵浦源和位于增益介质组外侧的冷却***；其中增益介质单元由掺杂激活离子的增益介质底部薄片，和三棱柱状或四棱柱状、位于链状弧形结构内侧的增益介质顶部构成；三棱柱状的增益介质顶部的底面为等腰三角形，底边所在三棱柱侧面与增益介质底部薄片相连；四棱柱状的增益介质顶部的底面为下底边与两腰的夹角相等的四边形，下底边所在四棱柱侧面与增益介质底部薄片相连。弧形激光放大***的结构紧凑，泵浦光被充分吸收，弧形结构难以形成平行腔，防止激光自激振荡。

Description

一种弧形激光放大***

技术领域

本实用新型属于固体激光器领域，具体涉及一种弧形激光放大***。

背景技术

大能量一直是激光发展的目标之一，随着激光技术的发展，大能量激光器在工业加工、医疗、国防军事、科学研究等领域有着广泛的应用。主振荡功率放大（MOPA）结构采用一个种子源作为主振荡器，并采用多级放大的结构，可以获得大能量的激光输出。MOPA结构不仅能产生高功率的激光输出，还能保持较好的脉宽、光束质量等。

现有的多级放大结构由于泵浦和冷却的方式，一般采用种子光依次通过数个呈直线排列的板条介质，或呈z字形排列的薄片增益介质，为了获得大能量的激光输出，需要使种子光提取更多的激光材料的储能，若还采用呈直线排列或z字形排列，必定大幅增加了***占用空间，甚至会产生较强的自发辐射（ASE）。ASE消耗激光上能级的粒子，使反转粒子数降低，减小激光材料的储能，降低放大器的增益。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种弧形激光放大***，主要用于获得大能量的激光输出。

本实用新型具体技术方案如下：

一种弧形激光放大***，包括种子源、泵浦源、增益介质组和冷却***，其特征在于，所述增益介质组为由数个增益介质单元组成的链状弧形半包围结构，所述增益介质单元由掺杂激活离子的增益介质底部薄片，和三棱柱状或四棱柱状的增益介质顶部构成，增益介质顶部位于链状弧形结构的内侧；所述三棱柱状的增益介质顶部的底面为等腰三角形，等腰三角形的底边所在的三棱柱侧面与增益介质底部薄片相连；所述四棱柱状的增益介质顶部的底面为等腰梯形，或下底边与两腰的夹角相等的四边形，底面的下底边所在的四棱柱侧面与增益介质底部薄片相连；

所述泵浦源被包围在链状弧形半包围结构的增益介质组中间，用于发出对增益介质组泵浦的泵浦光；所述种子源位于增益介质组的一端，用于发出入射至端部增益介质单元的种子光；所述冷却***位于增益介质组的增益介质底部薄片一侧，用于冷却增益介质组。

进一步地，种子源发出的种子光以布儒斯特角的±2°范围内入射至端部增益介质单元，出射后以布儒斯特角的±2°范围内入射至下一个增益介质单元，以此类推，种子光均以布儒斯特角的±2°范围内入射至各增益介质单元，在增益介质组中周期传播。

进一步地，所述四棱柱状的增益介质顶部的底面的上底边与下底边有1°的夹角，以防止形成平行腔导致自激振荡。

进一步地，所述增益介质顶部掺杂有激活离子。

进一步地，所述增益介质单元的基质材料为晶体或陶瓷，激活离子为Nd³⁺、Yb³⁺、Er^{3 +}、Tm³⁺ 、Ho³⁺、Cr³⁺和Ti³⁺中的一种或两种。

进一步地，所述泵浦源为闪光灯。

进一步地，所述泵浦源通过泵浦光耦合***对增益介质组泵浦，所述泵浦光耦合***包括设置于增益介质组两侧面的反光板，与冷却***共同将增益介质组包围起来，用于将泵浦源向增益介质组两侧发出的泵浦光反射回腔内，使泵浦光能尽可能的耦合到增益介质单元中。

进一步地，所述冷却***还位于链状弧形半包围结构的增益介质组中间，用于冷却泵浦源。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型提出了一种弧形激光放大***，其中的增益介质组为由数个增益介质单元组成的链状弧形半包围结构，结构紧凑，使得被包围在增益介质组中间的泵浦源发出的泵浦光被充分吸收，并且弧形半包围结构难以形成平行腔，可以防止激光自激振荡；

2、优选地，种子光以布儒斯特角的±2°范围内入射至增益介质单元，在该入射范围内，p偏振态的种子光都能全透或高透（达99.9%以上），避免在增益介质的入射、出射端面镀增透膜，从而避免激光能量过大造成膜层损坏。

附图说明

图1为本实用新型提出的弧形激光放大***的结构示意图；

图2为本实用新型采用的脉冲氙灯示意图；

图3为本实用新型提出的第001~008个和第011~018个增益介质单元的结构和光路示意图；

图4为本实用新型提出的第009~010个增益介质单元的结构和光路示意图；

图5为本实用新型提出的链状激光放大***的剖面结构示意图；

图6为本实用新型提出的泵浦源冷却器的结构示意图；

附图标记如下：

1：种子源；2：泵浦源；3：增益介质组；4：热沉；5-1：反光后板；5-2：反光前板；6：泵浦源冷却器；001~018均为增益介质单元的编号。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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，对本实用新型做进一步的说明。

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实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

实施例1

一种弧形激光放大***，如图1所示，包括：种子源1、泵浦源2、由18个增益介质单元组成的链状弧形半包围结构的增益介质组3、热沉4、反光后板5-1、反光前板5-2和泵浦源冷却器6。

所述种子源1位于链状弧形半包围结构的增益介质组3的一端，用于发出入射至一个端部增益介质单元的波长为1064 nm的种子光；所述泵浦源2为如图2所示的脉冲氙灯，被包围在链状弧形半包围结构的增益介质组3中间，用于发出对增益介质组3泵浦的泵浦光。

所述增益介质单元由掺杂激活离子的增益介质底部薄片和未掺杂激活离子的增益介质顶部构成，增益介质顶部为底面为等腰梯形的四棱柱，底面的下底边所在的四棱柱侧面与增益介质底部薄片相连，与增益介质底部薄片键合成六棱柱结构；其中，增益介质底部薄片采用掺钕的YAG（钇铝石榴石），钕离子掺杂浓度为1%；增益介质顶部采用纯YAG；增益介质单元对种子光的折射率为1.82。

如图5所示，所述18个增益介质单元共同构成链状弧形半包围结构，并依次编号001、002、…、018；

其中，第001号~第008号、第011号~第018号增益介质单元如图3所示，尺寸为：底部93.64×5.00×150 mm³，顶部的上底面0.5 mm、下底面93.64 mm、底角α=26.21°，长150 mm，且上底边和下底边夹角为1°；种子光以布儒斯特角在界面a入射后，在底部界面b发生全反射，又在界面c出射。

第009号和第010号增益介质单元如图4所示，尺寸为：底部63.21×2×150 mm³，顶部的上底面36.72 mm、下底面63.21 mm、底角α=60.91°，长150 mm，且上底边和下底边夹角为1°；种子光在界面a’垂直入射，在底部界面b’发生全反射，又在界面c’垂直出射。

上底边和下底边的1°夹角通过略增加或略减少等腰梯形底面的一侧腰长来实现，以抑制自激振荡；在两种结构的增益介质单元的界面b和b’处均镀消倏逝膜。

图5为本实施例提出的弧形激光放大***的剖面结构示意图。种子源1发出的种子光以布儒斯特角61.21°入射至第001号增益介质单元的增益介质顶部对应等腰梯形底面一个腰的侧面，在增益介质底部薄片的底部全反射后从对应另一个腰的侧面射出；通过调整第002号增益介质单元的位置，使得种子光又以布儒斯特角61.21°入射至第002号增益介质单元；以此类推，种子光均以布儒斯特角61.21°入射至第003号~第008号增益介质单元，在其中周期传播。当种子光从第008号增益介质单元出射后，调整第009号增益介质单元的位置，使种子光能垂直入射，通过第009号增益介质单元后，同样调整第010号增益介质单元的位置，使种子光也能垂直入射。通过第010号增益介质单元后，调整第011号增益介质单元的位置，使种子光能继续以布儒斯特角61.21°入射至第011号增益介质单元；以此类推，种子光均以布儒斯特角61.21°入射至第012号~第018号增益介质单元，在其中周期传播。

其中，第009号和第010号增益介质单元主要用于大幅度的调整光路方向，使结构更紧凑，也可用反射镜或者三棱镜等光学元件调整光路方向。

所述反光后板5-1和反光前板5-2构成泵浦光耦合***，分别位于增益介质组3的后侧和前侧，与冷却***共同将增益介质组包围起来，用于将泵浦源向增益介质组两侧发出的泵浦光反射回腔内，使泵浦光能尽可能的耦合到增益介质单元中；其中，反光前板5-2上设有两个用于泵浦源冷却器6通水和脉冲氙灯导线连接的孔。图1中为了更好的展示结构，将反光前板5-2剖开了一半，实际上反光前板5-2应和反光后板5-1一样完全覆盖热沉4表面。

热沉4和泵浦源冷却器6构成链状激光放大***的冷却***。其中，所述泵浦源冷却器6为带孔的箱体结构，如图6所示，使用流动的冷却液对泵浦源2进行冷却，泵浦源冷却器6对泵浦光全透；增益介质单元铟焊在热沉4上，热沉4用于冷却所有增益介质单元。由于仅增益介质单元底部掺杂激活离子，因此在激光放大***实际工作过程中，只有该部分产热，又由于该部分为薄片形，散热效果好，增益介质单元热效应小，激光输出质量好。

也可根据实际情况，增加或调整泵浦光耦合***、种子源1位置和冷却***。

18个增益介质单元构成弧形排列，使得增益介质单元本身能构成一个比较封闭的环形空间，结构紧凑；当采用闪光灯泵浦时，还能更充分地吸收泵浦光能量。同时，弧形结构也使晶体的两个表面难以形成平行谐振腔，因此可以防止激光产生自激振荡。采用布儒斯特角入射，可以避免在增益介质的入射、出射端面镀增透膜，从而避免激光能量过大造成膜层损坏。

Claims (6)

1.一种弧形激光放大***，包括种子源、泵浦源、增益介质组和冷却***，其特征在于，所述增益介质组为由数个增益介质单元组成的链状弧形半包围结构，所述增益介质单元由掺杂激活离子的增益介质底部薄片，和三棱柱状或四棱柱状的增益介质顶部构成，增益介质顶部位于链状弧形结构的内侧；所述三棱柱状的增益介质顶部的底面为等腰三角形，等腰三角形的底边所在三棱柱侧面与增益介质底部薄片相连；所述四棱柱状的增益介质顶部的底面为下底边与两腰的夹角相等的四边形，下底边所在四棱柱侧面与增益介质底部薄片相连；

所述泵浦源被包围在链状弧形半包围结构的增益介质组中间；所述种子源位于增益介质组的一端；所述冷却***位于增益介质组的增益介质底部薄片一侧。

2.根据权利要求1所述弧形激光放大***，其特征在于，种子源发出的种子光以布儒斯特角的±2°范围内入射至端部增益介质单元，出射后以布儒斯特角的±2°范围内入射至下一个增益介质单元，依次在增益介质组中周期传播。

3.根据权利要求1所述弧形激光放大***，其特征在于，所述四棱柱状的增益介质顶部的底面的上底边与下底边有1°的夹角。

4.根据权利要求1所述弧形激光放大***，其特征在于，所述泵浦源为闪光灯。

5.根据权利要求1所述弧形激光放大***，其特征在于，所述泵浦源通过泵浦光耦合***对增益介质组泵浦，所述泵浦光耦合***包括设置于增益介质组两侧面的反光板。

6.根据权利要求1所述弧形激光放大***，其特征在于，所述冷却***还位于链状弧形半包围结构的增益介质组中间。

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