[发明专利]一种用于高功率短脉冲或超短脉冲激光的高增益放大器

说明书

本发明公开了一种用于高功率短脉冲或超短脉冲激光的高增益放大器，属于固体激光技术领域，包括尾纤耦合LD泵浦阵列、泵浦耦合模块、晶体板条、等腰屋脊棱镜、去角屋脊棱镜和种子激光；所述晶体板条位于等腰屋脊棱镜与去角屋脊棱镜之间，所述等腰屋脊棱镜与去角屋脊棱镜均设置在种子激光的行进方向上，所述泵浦耦合模块设置在尾纤耦合LD泵浦阵列的行进方向上，所述晶体板条用于为激光放大提供增益，本发明提供的高集成度激光放大器可以等效为将多个基于棒状晶体的激光放大器集成到一个板条状激光晶体增益模块上，进而使用一个放大器就对短脉冲或超短脉冲激光实现数百倍乃至上千倍的功率放大。

技术领域

本发明属于固体激光技术领域；具体是一种用于高功率短脉冲或超短脉冲激光的高增益放大器。

背景技术

大功率短脉冲或超短脉冲激光器的峰值功率高，在先进精密加工、透明材料切割、生物医学等领域有着越来越广泛地应用，逐渐成为现代精密工业加工中日益重要的工具。然而，无论是光纤激光器、半导体激光器还是固体激光器，其直接产生超快脉冲激光的功率和脉冲能量都相对有限，针对很多应用需求，必须采用合适的激光放大器对脉冲种子源进行放大，以满足大功率或大脉冲能量要求。使用多个基于棒状激光晶体构建的侧泵浦激光功率放大模块，对脉冲种子源进行多级放大是一种产生大能量脉冲激光的经典构型。但棒状激光晶体的泵浦储能相对有限、热透镜效应较严重，多级放大时需要对激光束进行较复杂的光学整形。这使得基于棒状晶体的多级激光放大器结构复杂、体积较大、可靠性较低。

1998年德国夫琅禾费研究所的杜可明等人提出一种Innoslab激光放大器结构。该放大器的入射种子激光整形为小口径光束，通过“之”字形光路沿多次往返直接通过板条介质，并且在放大过程中由于种子激光光束口径小、功率密度高且多程往返放大，因此使用一个板条增益模块就可实现高功率与高效率放大。Innoslab放大器的一个缺陷是其需要使用一块凸面反射镜，使得放大器对激光光路非常敏感。此外，泵浦光与激光的交叠不够充分，这使得对横向放大的受激辐射(ASE)的抑制有一定难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高功率短脉冲或超短脉冲激光的高增益放大器，该放大器通过一对屋脊棱镜实现光路折叠，进而实现通过晶体板条多程激光放大；通过尾纤耦合LD阵列为晶体板条提供与激光模式相匹配的泵浦激励。该放大器可以看作将多个基于棒状晶体的激光放大器集成到一个板条状激光晶体增益模块上。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于高功率短脉冲或超短脉冲激光的高增益放大器，包括尾纤耦合LD泵浦阵列、泵浦耦合模块、晶体板条、等腰屋脊棱镜、去角屋脊棱镜和种子激光；所述晶体板条位于等腰屋脊棱镜与去角屋脊棱镜之间，所述等腰屋脊棱镜与去角屋脊棱镜均设置在种子激光的行进方向上，所述泵浦耦合模块设置在尾纤耦合LD泵浦阵列的行进方向上，所述晶体板条用于为激光放大提供增益，所述尾纤耦合LD泵浦阵列用于为晶体板条提供激励。

进一步地，所述尾纤耦合LD泵浦阵列由多个光纤耦合输出的半导体激光器组成，光纤输出端平行排列，每根光纤带有输出端帽，并配置准直透镜。

进一步地，所述泵浦耦合模块由一组光轴平行的透镜组成，透镜阵列中的透镜数量与尾纤耦合LD泵浦阵列中泵浦光数量相同，透镜光轴与泵浦光光轴一致。

进一步地，所述尾纤耦合LD泵浦阵列和泵浦耦合模块在晶体板条的两端对称放置，形成的泵浦光阵列从晶体板条的两个底面靠近端面处注入，并经两端的斜面反射后在晶体板条内形成多条增益区，从晶体板条两端耦合进晶体板条的泵浦光光轴一一对应并同光轴。

进一步地，去角屋脊棱镜的锥角为直角，经过等腰屋脊棱镜和去角屋脊棱镜约束反射后的激光在晶体板条中与泵浦光阵列中下一排双端耦合的泵浦光同光轴。

进一步地，注入晶体板条的种子激光在y-方向的光束尺寸与对应的双端耦合泵浦光的光束尺寸相匹配。