[发明专利]一种多程激光放大方法及其增益模块

说明书

技术领域

一种涉及多程激光放大方法及其增益模块，属于激光器设计领域，主要涉及固体激光器的增益介质。

背景技术

目前采用板条状增益介质的激光放大器泵浦方式多采用侧面泵浦，这会使边缘温度高，中心温度低，导致板条侧面边缘与中心产生温度梯度；上下两个大面进行冷却，则使表面温度低，中心温度相对高，因此厚度方向也会出现温度梯度，温度梯度，导致不同厚度位置折射率不同，一束激光中的不同部位经历的折射率不同，就会导致光程差。种子源激光光路主要有以下几种类型。直通式光路；两个大面之间的之字形光路，如图2所示；两个较大侧面之间的之字形光路。如图3所示。

直通式光路结构比较简单，被放大激光以直线传播形式从板条一个端面进入，从另一个端面出射，缺点是由于板条的热效应，光线会产生光程差，从而形成热透镜效应，使光束波前畸变，严重影响光束质量。而且直通式光路在板条内所通过区域较小，能量提取率较低。

在两个大面之间全反射的之字形光路，这种放大结构的泵浦方式一般采用上下两个大面为泵浦面，在抵消温度梯度造成的光程差方面有很好的效果，但从图2可以看出光路只占据了板条的中部，其余大部分泵浦区域的能量没有被利用，能量提取率依然不够高。

在两个侧面之间反射的之字形光路均匀分布于板条的全部区域，光路也比较长，能量提取率高，若采用大面作为泵浦面，无法弥补两个大面之间的温度梯度造成的光程差，在此方向会产生热透镜效应，使光束质量变坏。

发明内容

针对现有放大器中种子光能量提取率低，同时存在温度梯度引起的光程差，使光束质变差的不足，本发明提供了一种多程激光放大方法及其增益模块，使种子光有较长的传播路径，充分吸收泵浦能量，并有效抵消温度梯度带来的光程差，提高光束质量。

为了实现上述目的，本发明提出了一种多程激光放大方法及其增益模块，适用于采用固体材料作为增益介质的固体激光器。

其实现方法1为：如图3，采用长方体形的板条增益介质1，该长方体为两个大面，四个侧面，其长、宽、厚的尺寸可实现如下功能：将位于一个大面上的四个顶角倒角成四个等边三角形面5、6、7、8，且四个三角形面5、6、7、8镀种子光波长的增透膜，板条增益介质1的两个大面镀种子光波长的45°全反膜，板条增益介质1的四个侧面镀种子光波长的全反膜与泵浦光波长增透膜；在其中三个等边三角形面5、6、7外设置全反镜2、3、4；较长的两个侧面作为泵浦面；激光器中的振荡器发出的种子光13垂直于三角面8入射，在上下两个大面之间以之字形传播，种子光依次到达侧面10，侧面11，侧面12，侧面9，侧面10，之后从三角面7射出，这是种子光在板条中的第一次放大，经全反镜4反射到达全反镜3，垂直于三角面6入射板条，同样在上下两个大面之间以之字形传播，种子光依次先到达侧面12，侧面9，侧面10，侧面11，侧面12，之后从三角面5射出，这是种子光在板条内的第二次放大，之后被全反镜2原路返回，这样沿着上述两次放大的光路逆行，最后被放大的光沿着最初的入射光光路从三角面8出射，经四次放大离开板条。板条增益介质1的尺寸通过光学软件Tracepro进行光路模拟，确定最佳的符合要求的尺寸。

按照方法1设置多程激光放大增益模块：将板条增益介质1制成长方体形，即包括两个大面，四个侧面9、10、11、12，其长、宽、厚的尺寸按上述方法确定；将位于一个大面上的四个顶角倒角成四个等边三角形面5、6、7、8，且四个三角形面5、6、7、8镀种子光波长的增透膜，板条增益介质1的两个大面镀种子光波长的45°全反膜，板条增益介质1的四个侧面镀种子光波长的全反膜与泵浦光波长增透膜；在其中三个等边三角形面5、6、7外对应设置全反镜2、3、4，其中，全反镜2平行于等边三角形面5设置，全反镜3、4设置成能使垂直于三个等边三角形面6或7出射的光线反射至全反镜4或3再垂直入射于三个等边三角形面(7或6)。