[发明专利]一种基于角锥棱镜的小型多级放大激光装置

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，特别涉及一种基于角锥棱镜的小型多级放大激光装置，适用于激光加工和军用激光领域。

背景技术

高功率、高光束质量和高可靠性激光器在科学研究、工业加工和军事武器等领域具有重要的应用。但要同时实现这“三高”还存在诸多困难，这是因为提高激光器的输出功率与其它指标（如小型化、高重复频率、窄脉宽、高光束质量、高效率等）相互影响，相互制约。利用调Q或锁模技术，可以获得极高的峰值功率，但这种高峰值功率的激光器实际上所输出的能量往往并不一定很大。因此，为了获得性能优良的大能量激光，采用种子源主振放大技术（MOPA）成为一种理想选择。光束脉宽、发散角和光谱宽度由主振荡器谐振腔决定，脉冲能量通过放大器放大提高。主振荡器低功率工作，具有较高的光束质量，利用多程激光放大及位相共扼技术，在功率放大的同时有效补偿热效应引起的激光波前畸变，保持放大后的大能量激光具有较高的光束质量。

基于MOPA技术的优良特性，各国研究人员都对该技术全方位的开发表现出了极大的热情，将其广泛的应用于固体激光器、光纤激光器；微弱脉冲放大、高功率放大等等。基本上可以说，不论何种激光放大技术，本质上都是MOPA结构的扩展。

在现有的MOPA结构激光系统中，大多都采用单程多级放大，但这种结构一般体积都较庞大，为了保证高功率输出的同时尽量减小系统体积，也出现了许多单级多程结构的研究，但这种多程的效果一般都是通过角度入射加反射实现的，相对单程结构而言极大的增加了系统安装调试的难度，而且对系统的稳定性也提出了更高的要求，系统的高可靠性难以保证。

角锥棱镜也称定向反射棱镜，其定向反射特性是广为人知的，即不管入射光线与其底面成何种角度入射，光线经棱镜的三个反射面上依次全反射后，出射光线始终是反向平行于入射光线，并以锥顶呈中心对称分布，其关系为物像和镜像关系。角锥三个反射面的棱边及其像将其分割成空间上对称分离的6个子区域，基于其定向反射特性，入射光线和出射光线将永远处在对称的两子区域上。利用这一特性，申请人将该棱镜创新性的应用于MOPA结构中，起多级放大折叠光路的作用，同时配合几个转折棱镜，实现紧凑型、小型化、高可靠性、抗失调、易于装配调试的多级激光放大，从而获得高功率、高光束质量和高可靠性的激光输出。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于角锥棱镜的小型多级放大激光装置。

利用角锥棱镜的定向反射特性作为放大光路转折元件，结合转折棱镜组构成三维抗失调的多程光路，实现小型多级放大激光装置。本发明光路简明、结构紧凑，而且容易扩展，调节方便，既可作为独立激光器应用，也可作为激光放大器应用，特别适合对激光性能、结构空间和高可靠性均有要求的工程实用场合。

实施本发明的技术方案如下：

一种基于角锥棱镜的小型多级放大激光装置，包括泵浦系统，还包括角锥棱镜和转折棱镜组，角锥棱镜的各个反射面均分别划分为若干个子区域，角锥棱镜的各个侧面的子区域在角锥棱镜的底面上的投影子区域以角锥棱镜的锥点在角锥棱镜的底面上的投影点为中心两两中心对称，激光入射其中一个子区域从投影对称的子区域出射，在各个子区域的入射或出射光路上设置有激光介质，其中一个激光介质一端设置有调Q模块和直角棱镜，另一端设置有输出镜，转折棱镜组将子区域的出射激光转折反射至未遍历的子区域。

如上所述的角锥棱镜的每个侧面均等分为两个子区域，各个子区域顺时针依次为第一子区域、第二子区域、第三子区域、第四子区域、第五子区域和第六子区域；以角锥棱镜的锥点在角锥棱镜的底面上的投影点为中心，第一子区域的投影子区域与第四子区域的投影子区域中心对称，第二子区域的投影子区域与第五子区域的投影子区域中心对称，第三子区域的投影子区域与第六子区域的投影子区域中心对称。

如上所述的角锥棱镜可以是实心角锥或空心角锥。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、结构简洁紧凑，三维抗失调，可靠性高；

2、调节方便，只需简单改变主振荡器谐振腔镜位置就可调节装置放大倍数，或作为独立激光器应用；

3、扩展性强，放大级数仅受装置横向排布结构限制。

附图说明

图1（a）是角锥棱镜的形状示意图；

图1（b）是角锥棱镜光学特性；

图2（a）是圆底角锥棱镜的形状示意图；