[发明专利]适用于1064nm亚纳秒脉冲的毫焦耳级功率放大器

说明书

本发明公开了一种适用于1064nm亚纳秒脉冲的毫焦耳级功率放大器，包括第一级放大光路、第二级放大光路和亚纳秒种子光路，第一级放大光路包括第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一激光晶体；第二级放大光路包括第三平凸透镜、第四平凸透镜和第二激光晶体；亚纳秒种子光路包括第一隔离器、第五平凸透镜、第六平凸透镜、直角棱镜组、第二隔离器和AOM开关；本发明采用多级空间结构，每级通过整形和放大，在50KHz‑200KHz范围内可获得放大后超过70W的激光平均功率，50KHz下单脉冲能量大于1毫焦耳，有效提升平均功率和脉冲峰值功率，能够满足厚度较大的脆性材料切割要求。

技术领域

本发明属于固体激光器自动化控制的领域，具体讲是一种基于半导体泵浦且用于硅基半导体芯片隐形切割的适用于1064nm亚纳秒脉冲的毫焦耳级功率放大器。

背景技术

采用棒状晶体作为激光工作物质的固态激光器极难通过小芯径的光纤获得高功率激光输出；究其原因，在高泵浦功率下晶体棒的中心区域因泵浦光的叠加会形成极高温度，而晶体棒的表面作为散热面其温度较低，因此晶体棒的径向存在极高的温度梯度，会在晶体内部形成极强的折射率梯度而导致严重的热透镜效应，此时的晶体棒相当于一个随着泵浦功率的增加，屈光度不断变大的透镜。在高功率激光谐振腔中主要使用对称结构的平平谐振腔，输出功率随着热透镜的不断变大存在一个最高值，之后当热透镜焦距小于谐振腔光学长度的四分之一时，谐振腔进入非稳区导致输出功率锐减，激光器的光束质量则随着晶体棒热透镜的变大呈现出先变差再变好的趋势，在激光器的额定功率处光束质量极好而在中功率段光束质量最差；在厚脆性材料切割打孔等应用上，由于皮秒激光器单脉冲能量很难达到0.5mJ以上，不具备切割效率和成本优势，因此亚纳秒范围的1064nm红外激光器展现出优势；市面上常见的亚纳秒红外激光器主要为全光纤结构或光纤-固体放大器结构激光器。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种适用于1064nm亚纳秒脉冲的毫焦耳级功率放大器及其装置；该适用于1064nm亚纳秒脉冲的毫焦耳级功率放大器采用多级空间结构，每级通过整形和放大，在50KHz-200KHz范围内可获得放大后超过70W的激光平均功率，50KHz下单脉冲能量大于1毫焦耳，有效提升平均功率和脉冲峰值功率，能够满足厚度较大的脆性材料切割要求。

本发明公开了一种适用于1064nm亚纳秒脉冲的毫焦耳级功率放大器，包括第一级放大光路、第二级放大光路和亚纳秒种子光路，

第一级放大光路包括第一平凸透镜、第二平凸透镜和第一激光晶体，第一泵浦光经过双透镜准直系统，聚焦到第一激光晶体端面，使激光晶体吸收且不产生谐振光，晶体内的能量将持续存储用于种子光放大；

第二级放大光路包括第三平凸透镜、第四平凸透镜和第二激光晶体，第二泵浦光经过双透镜准直系统，聚焦到第二激光晶体端面，使激光晶体吸收且不产生谐振光，晶体内的能量将持续存储用于种子光放大；

亚纳秒种子光路包括用于隔离反方向的入射光的第一隔离器、第五平凸透镜、第六平凸透镜、位于第一级放大光路前端的第一直角棱镜及第二直角棱镜、第七平凸透镜、第八平凸透镜；位于第一级放大光路和第二级放大光路之间的第三直角棱镜及第四直角棱镜、位于第二级放大光路后端的第五直角棱镜及第六直角棱镜、第二隔离器和AOM开关；

从放大器入口注入亚纳秒种子光入射至第一隔离器后，经过整形透镜组I、第一直角棱镜及第二直角棱镜折射聚焦到第一激光晶体端面，再经晶体端面反射出激光晶体起到第一次单程放大，经过第一次放大后的种子光，再经过整形透镜组II、第三直角棱镜及第四直角棱镜折射聚焦到第二激光晶体端面，再经晶体端面反射出激光晶体起到第二次单程放大，经过第二次放大后的种子光，经过第五直角棱镜及第六直角棱镜折射后，再经过第二隔离器，由AOM开关释放输出。

进一步，所述第一隔离器和第二隔离器均包括依次设置的前偏振分束镜、磁性旋光器、半波片和后偏振分束镜。