[发明专利]可实现高功率结构光场激光输出的激光放大装置及激光器

说明书

本发明公开了一种可实现高功率结构光场激光输出的激光放大装置及激光器。激光器包括直接液冷阵列分布式增益模块、结构光种子光源、4f光束放大系统和泵浦系统。本发明针对直接液冷阵列式激光器受液体流动导致光束质量较差的弊端，创新性地提出了注入可高度抗干扰的结构光场作为种子源，通过大口径圆形液冷激光增益模块放大，获得高功率、高光束质量的结构光场激光输出。本发明的放大器和激光器不仅可以实现对直接液冷激光装置的光束质量提升，同时可以获得在大气传输、精密测量等方面有重要作用的高功率结构光场激光，是一种新型的高功率激光装置。

技术领域

本发明涉及高能激光技术领域，尤其是一种可实现高功率结构光场激光输出的激光放大装置及激光器。

背景技术

空间结构光场以其特殊的相位及偏振态分布特性，在精密测量、超分辨率成像、大容量光通信以及激光长距离抗干扰传输等领域有着广阔的研究前景，已经成为光学领域的一个研究热点。常见的产生空间结构光场的方法包括利用空间光调制器、螺旋相位板、Q板、硅基光子器件和微纳金属结构等，这些方法可实现类型多样的结构光场，如具有螺旋相位分布的涡旋光场、具有无衍射传输特性的贝塞尔光场等。然而，这些方法不仅复杂且无法获得高功率的结构光场激光。

另一方面，高平均功率全固态激光在前沿科学研究、国民经济、国家安全等领域发挥着重要作用，是激光领域的研究热点和重要方向。随着激光功率增大而导致的严重热效应成了限制全固态激光器获得高平均功率、高光束质量激光输出的核心问题。直接液冷是一种有效的热管理方式，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，高通量泵浦方式实现激光输出，这是一种新的激光器设计思路。但是对于这样的一种激光器，由于流动的液体会影响激光传输，液体流动不可避免的抖动对输出激光的光束质量影响甚大。

因此，若将可以实现激光长距离抗干扰传输的空间结构光场与直接液冷阵列分布式激光增益模块相结合，不仅可以解决液体流动影响直接液冷激光器光束质量的问题，同时还可以获得高功率的结构光场激光。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可实现高功率结构光场激光输出的激光放大装置及激光器，以实现对直接液冷激光器光束质量提高的同时获得高功率结构光场激光输出。

本发明采用的技术方案如下：

一种可实现高功率结构光场激光输出的激光放大装置，激光放大装置包括直接液冷阵列式增益模块、泵浦系统和4f光束放大系统，其中：

泵浦系统用于向增益模块注入泵浦光。

增益模块在泵浦光的激励下，产生激光增益。

4f光束放大系统用于对结构光种子光源输出的低功率种子激光进行相传递和扩束处理，处理后的激光注入到增益模块。

本发明激光放大器的工作原理为：泵浦系统将泵浦光注入到增益模块中，增益模块中产生激光增益。4f光束放大系统将结构光种子光源输入的种子光进行扩束，将扩束后的光束从增益模块的输入端注入到增益模块中进行增益放大，增益模块将增益放大后的光束从输出端输出。上述激光放大器采用大增益口径的直接液冷阵列式激光增益模块，晶体生热密度低，可以实现有效热管理，且利用单一增益模块即可实现多通放大。利用结构光场激光的抗干扰传输特性提高直接液冷激光器光束质量的同时获得高功率的结构光场激光。

进一步的，泵浦系统由至少一套泵浦耦合系统构成，泵浦耦合系统包括相互匹配的泵浦光源和双色分光镜，双色分光镜对泵浦光反射、对激光透射，双色分光镜将泵浦光源输出的泵浦光通过通光窗口反射进增益模块中。

通过双色分光镜的设计，泵浦光和激光可以共路输入到增益模块，激光不受泵浦系统影响。