[发明专利]一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置

说明书

本发明公开了一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置。固体激光放大器包括泵浦源、激光晶体和激光调制单元；激光调制单元包括多个偏振相关光学器件，偏振相关光学器件在传输信号光束时三次改变信号光束的偏振态，使信号光束四次经过激光晶体；泵浦源出射泵浦光，泵浦光从激光晶体的第一端和第二端耦合入激光晶体。本发明的技术方案，针对小信号增益过程中的提取效率低下、热量分布不均及光束质量恶化的缺点，通过优化放大结构，采用四程双偏振态放大模式，减少增益介质中由于光偏振吸收特性造成的能量损失，同时往返通过增益介质的两程之间进行球差自补偿，提高光束质量及光光转化效率，同时采用泵浦光双端注入，使增益介质热分布更加均匀。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置。

背景技术

高能量飞秒激光器以其极高的峰值功率、窄的脉冲宽度，在材料精细微加工、半导体行业、太阳能光伏、科学研究等领域得到了广泛的应用。

由于飞秒脉冲峰值能量非常高，光纤器件可承受的峰值能量有限，直接放大很容易引起放大器器件损坏，因此高功率飞秒激光器通常采用光纤+脉冲展宽+固体主震荡功率放大MOPA+脉冲压缩结构，先利用展宽器将种子光脉冲展宽至几百皮秒甚至纳秒量级，然后输入放大器进行脉冲放大，放大器输出的激光再通过脉冲压缩装置，将百皮秒输出脉冲压缩至飞秒量级输出。

传统的大能量固体放大器包括以下几种主流方案：1、碟片放大结构，薄片结构散热好，晶体热畸变小，增益高且输出光束质量优异，特别适用于高功率大能量激光器，但晶体及散热结构工艺复杂，且光路结构调试不易；2、板条放大结构，采用大面冷却方式，增大散热面积，改变了热流方向，仅存一维热分布，可以实现高功率大能量的输出，结构相对碟片激光器简单，但输出的光束质量维度上差异较大，光斑圆度较差；3、再生放大结构是一种谐振腔结构，能实现高增益的放大效果，但需要时间控制与光路设计的精确匹配；4、块(棒)状晶体端面泵浦结构，冷却系统简单，容易实现模式匹配，对于小信号增益有极大优势，但存在径向温度梯度，热光效应强，难以实现既高功率输出的同时又保证高光束质量。

发明内容

本发明提供了一种固体激光放大器及飞秒脉冲激光装置，该固体激光放大器针对小信号增益过程中的提取效率低下、热量分布不均以及光束质量恶化的缺点，通过优化放大结构，采用四程双偏振态放大模式，减少增益介质中由于光偏振吸收特性造成的能量损失，同时往返通过增益介质的两程之间进行球差自补偿，提高光束质量以及光光转化效率，同时采用泵浦光双端注入，使增益介质热分布更加均匀。

根据本发明的一方面，提供了一种固体激光放大器，包括泵浦源、激光晶体和激光调制单元；

所述激光调制单元包括多个偏振相关光学器件，待放大的信号光束入射至所述激光调制单元，所述偏振相关光学器件用于在传输所述信号光束时三次改变所述信号光束的偏振态，使所述信号光束四次经过所述激光晶体；

所述泵浦源用于出射泵浦光，所述泵浦光从所述激光晶体的第一端和第二端耦合入所述激光晶体；

所述激光晶体用于吸收所述泵浦光以实现所述信号光束的四程放大。

可选的，所述偏振相关光学器件包括二分之一波片、偏振分光镜、法拉第旋转器和四分之一波片；

所述激光调制单元包括沿第一方向共光轴依次排列的第一二分之一波片、第一偏振分光镜、法拉第旋转器、第二二分之一波片、第二偏振分光镜和第一双色镜，所述激光调制单元还包括第二双色镜、第一反射镜、第二反射镜、四分之一波片和第三反射镜，其中所述第一双色镜、所述激光晶体和所述第二双色镜沿第二方向共光轴排列，所述第一反射镜与所述第二偏振分光镜的第二端相对设置且沿所述第二方向共光轴排列，所述第二反射镜、所述四分之一波片和所述第三反射镜沿所述第二方向共光轴排列，所述第一方向和所述第二方向交叉；