[发明专利]固体脉冲激光放大装置及其放大方法

说明书

本发明涉及固体脉冲激光放大装置及其放大方法，种子激光器的输出光路上布置有偏振立方体，偏振立方体的透射方向依次设置有旋光器、1/2波片和扩束镜，扩束镜衔接柱面镜一，柱面镜一衔接激光晶体；泵浦源的输出光路上布置有凸透镜和柱面镜二，柱面镜二衔接耦合镜，耦合镜衔接激光晶体。利用柱面镜将种子光与泵浦光整形成细长状光斑，在长度方向上散热有显著改善，晶体承受热的能力有大幅度提升，实现更高输出功率及脉冲能量；泵浦光与种子光重合度高，因此放大器输出光斑优异，光转换效率高；采用双程放大技术，种子及放大后脉冲2次经过柱面镜一，因此输出激光无需复杂整形光学系统，即可获得圆形光斑。

技术领域

本发明涉及一种固体脉冲激光放大装置及其放大方法。

背景技术

目前，脉冲激光器中的放大器技术主要分为四种：第一种是基于光纤放大技术，比如国外的IPG、NKT公司；第二种是基于碟片放大的固体放大器技术，比如国外的Trumpf公司；第三种是基于Innoslab固体板条放大器技术，采用细长形泵浦光斑，如Edgewave公司；第四种是采用圆形泵浦光斑的端面泵浦放大器技术，如Coherent公司。光纤放大技术的优点是输出功率高，缺陷是受光纤非线性影响，无法获得高单脉冲能量输出。碟片放大器技术的优点是实现高功率输出的同时兼具高单脉冲能量，但是碟片放大器泵浦结构复杂，同时需要采用再生放大技术实现多程放大来提高增益，整个系统结果过于复杂，目前全球极少数公司能把这种放大器技术应用好。Innoslab固体板条放大器优点是，放大增益高，结构简单，支持高功率及高单脉冲能量输出，缺点是泵浦光和种子光空间重合度差，放大器输出需要做较复杂的整形，同时巴条结构泵浦源寿命短，当泵浦功率有衰减会引起光束质量恶化。圆形泵浦光斑的端面泵浦放大器优点是泵浦光和种子光重合较好，光束质量好，缺点是圆形泵浦光在很小区域内造成晶体热效应严重，功率高之后容易出现光束质量恶化，严重的导致晶体开裂，一般输出功率100W。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种固体脉冲激光放大装置及其放大方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

固体脉冲激光放大装置，特点是：包含种子激光器、泵浦源、偏振立方体、旋光器、激光晶体以及耦合镜，所述种子激光器的输出光路上布置有偏振立方体，偏振立方体的透射方向依次设置有旋光器、1/2波片和扩束镜，扩束镜衔接柱面镜一，柱面镜一衔接激光晶体；

所述泵浦源的输出光路上布置有凸透镜和柱面镜二，柱面镜二衔接耦合镜，耦合镜衔接激光晶体。

进一步地，上述的固体脉冲激光放大装置，其中，所述种子激光器为波长1030nm、1064nm、1342nm波段，种子脉冲宽度100fs～100ns的种子激光器。

进一步地，上述的固体脉冲激光放大装置，其中，所述泵浦源为波长808nm、878nm、888nm、940nm、970nm、980nm波段，泵浦芯片为多单管芯片，光纤纤芯100um～400um的泵浦源。

进一步地，上述的固体脉冲激光放大装置，其中，所述激光晶体为Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Yb:KGW或Yb:KYW激光晶体。

进一步地，上述的固体脉冲激光放大装置，其中，所述激光晶体呈扁状板条结构。

进一步地，上述的固体脉冲激光放大装置，其中，所述偏振立方体为高损伤阈值光胶合偏振立方体，偏振消光比500:1。

本发明固体脉冲激光放大方法，其特征在于：种子激光器输出的水平方向偏振的种子光脉冲经过偏振立方体及旋光器，偏振态旋转45°，再通过1/2波片将偏振态调到水平方向偏振，随后经过扩束镜及柱面镜一，将种子光脉冲光斑整形成细长条状入射到激光晶体内部；

泵浦源输出泵浦光经过凸透镜和柱面镜二整形成细条状，再经耦合镜入射到激光晶体内部，在激光晶体内部，细条状种子光斑和泵浦光斑重叠实现种子光第一次放大；