[发明专利]一种高交叠效率直接液冷激光增益装置和激光谐振腔

说明书

本发明公开了一种高交叠效率直接液冷激光增益装置和激光谐振腔，激光谐振腔在激光增益装置基础上增加了双泵浦系统。增益装置包括异形通光窗口、增益介质、激光冷却液体。本发明针对常规阵列式直接液冷激光器采用布鲁斯特角入射导致光瞳偏移使得激光与增益介质交叠效率低的弊端，创新性地提出了通过设计晶体切割角度及摆放方式实现激光在增益介质与冷却液体中的光瞳自补偿，同时采用特定切割角度的异形通光窗口实现激光垂直入射增益装置的同时满足增益介质的布鲁斯特角入射。本发明的激光增益装置不仅有效地提高了增益介质的有效利用率，同时降低了激光系统的复杂性。

技术领域

本发明涉及高能激光技术领域，尤其是一种可实现偏振激光输出的高交叠效率直接液冷激光增益装置和对应的激光谐振腔。

背景技术

热管理是影响激光器功率、效率以及体积重量等指标的关键因素。随着激光器输出功率的提高，对热管理的要求更是进一步的提高。固体激光器常规的热沉式散热方式已经逐渐不能满足高功率激光器高效、快速散热的要求。为了满足散热需求，势必会增加散热结构件的体积和重量，且会增加系统的复杂性。因此，需要设计新型的固体激光器散热方式，开发新型的可实现紧凑化的固体激光器。直接液冷是一种有效的热管理方式，将激光增益介质直接浸泡在冷却液中，通过液体的流动直接带走介质热量，从而实现快速、高效的热管理。在这种高效热管理的支撑下，可以将多片增益介质进行阵列式排列，实现分布式增益。这种增益方式的优点是可以在降低单片增益介质产热率的同时在单位体积内获得极高的增益，实现激光器的紧凑化、小型化。美国专利号US7366211B2公开了一种液体直接冷却的激光器，所述激光装置是一个将多片介质置于液体中，单通侧泵浦的方式实现激光输出，这是一种新的激光器设计思路。

对于直接液冷激光器，激光需要多次穿过液体和晶体，由于液体和晶体的折射率不同将导致在界面处产生菲涅耳反射，形成较大损耗。常见的思路是采用晶体与液体进行折射率匹配的方式，晶体与液体的折射率相同后将不会产生非涅耳反射，但是自然界中满足折射率匹配且能实现激光输出的晶体和液体的组合极少，限制了该类激光发展。另一种思路是采用液体和晶体间布鲁斯特角入射传输的方式，p偏振激光从液体中以布鲁斯特角入射进晶体中为完全透射无损耗，这种方式的缺点是布鲁斯特角入射会导致光路偏移，激光与增益介质的交叠效率低，导致晶体利用率低从而降低激光的电光效率。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高交叠效率直接液冷激光增益装置，以通过异形通光镜(通光窗)和增益晶体摆放角度的设计，实现激光垂直入射增益装置的同时满足增益介质的布鲁斯特角入射，从而提高增益介质交叠效率，解决增益介质利用率低和系统复杂的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种高交叠效率直接液冷激光增益装置，包括入射通光镜、增益介质、出射通光镜和激光冷却液，增益介质和激光冷却液位于入射通光镜和出射通光镜之间，增益介质形成有冷却液流道，激光冷却液流过冷却液流道(即增益介质表面)以为增益介质降温；通过泵浦源为增益介质提供泵浦光，增益介质对导入的激光产生增益；

入射通光镜的光出射面与出射通光镜的光入射面平行；

各增益介质成阵列式排布，且均平行于入射通光镜的光出射面；

入射通光镜的光入射面和光出射面间的角度满足以下关系：

激光垂直于光入射面入射后，经过光出射面导入激光冷却液中后，以激光冷却液与增益介质之间的布鲁斯特角导入增益介质中；

入射通光镜、出射通光镜和增益介质之间的位置关系为：

任一从入射通光镜的光入射面垂直入射并能经过各增益介质的激光，均能通过出射通光镜。