[发明专利]用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器

说明书

技术领域

 本发明涉及一种用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器，属于固体激光放大技术领域。

背景技术

高能量皮秒激光器以其高的峰值功率、窄的脉冲宽度,在材料精细微加工，LED划片，太阳能光伏，科学研究等领域得到了广泛的应用。相对于纳秒激光，采用皮秒激光加工材料，具有精度高、热影响区域极小、加工边缘无毛刺等优点。

为了满足上述应用，一般要求皮秒激光峰值功率达到MW量级，目前产生MW量级峰值功率皮秒激光的原理是从几十MHz锁模种子源激光器通，过电光调制的方法，选出kHz到百kHz种子光脉冲，然后经过放大实现瓦级功率输出。种子光脉冲放大的方式有两种，再生放大及行波放大。再生放大技术优点是，放大器增益高，可以达到10⁶-10⁹，但是再生放大腔结构复杂，对脉冲时序要求非常严格，同时需要加入电光腔倒空功能，制作难度非常大。行波放大技术的优点是，不需要再生放大腔，结构简单，稳定可靠，且容易获得较高功率输出，缺点是单级放大增益小，一般可以达到10³-10⁴。

目前，国际上大多数公司都采用再生放大器放大皮秒脉冲，例如High Q laser，Ekspla，Trumpf，Coherent等公司，最高输出功率可以达到百kHz频率下50W以上。国外也有研究用于皮秒脉冲放大的行波放大器。例如，2006年意大利Antonio Agnesi等人，采用两级板条激光器实现将0.1nJ单脉冲能量放大到10uJ，放大增益为10⁵；2009日本K. Nawata等人采用2mW皮秒种子源激光两次通过楔形板条Nd:YVO4构成的行波放大器，实现输出功率25W，放大增益为12500。为了获得高的增益和高的峰值功率，行波放大器的增益介质一般为板条结构，但是板条结构需要对放大激光进行多次整形会造成激光光斑质量变差。采用端面泵浦Nd:YVO4方式可以解决此问题，但是由于Nd:YVO4端面热应力影响，不能承受高的泵浦功率（小于40W），放大增益很小。近年来研究发现，采用888.5nm泵浦光代替808nm泵浦光可以有效的降低晶体热效应40%以上，因此晶体端面可以承受更高的泵浦功率（大于150W）。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器，特点是：包括半导体二极管泵浦源、激光晶体和皮秒种子源，半导体二极管泵浦源衔接第一透镜，第一透镜衔接第二透镜，第二透镜衔接第一平面镜，第一平面镜衔接激光晶体，激光晶体衔接第三透镜，第三透镜衔接第二平面镜，所述皮秒种子源衔接薄膜偏振片，薄膜偏振片衔接法拉第旋光器，法拉第旋光器衔接第六透镜，第六透镜衔接第五透镜，第五透镜衔接第四透镜，第四透镜与第一平面镜相衔接；皮秒种子源的脉冲薄膜偏振片后保持偏振态不变，通过法拉第旋光器后偏振态旋转45°，再经过第六透镜和第五透镜进行扩束，扩束后的脉冲激光器经过第四透镜和第一平面镜聚焦到激光晶体内部；半导体二极管泵浦源发出的泵浦光经过第一透镜和第二透镜聚焦到激光晶体内部，种子光在激光晶体内部第一次放大后，种子光以及未被晶体吸收的泵浦光经过第三透镜准直，再经过第二平面镜反射回到激光晶体中，对种子光二次放大及剩余泵浦光再次利用；二次放大后的激光脉冲经过第一平面镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜到达法拉第旋光器，经过法拉第旋光器后的放大激光偏振态再次旋转45°，偏振态与第一次入射到薄膜偏振片的偏振态垂直，双程放大的激光从薄膜偏振片反射出。

进一步地，上述的用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器，其中，所述半导体二极管泵浦源为150W功率、888.5nm波段二极管端面泵浦，其尾纤纤芯直径为400微米，数值孔径NA=0.22。

更进一步地，上述的用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器，其中，所述激光晶体为Nd:YVO4，晶体具有楔角，晶体掺杂浓度在0.5%～1%，晶体长度位于25～50mm。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：